精密微孔高速钻削加工技术研究

针对精密微孔加工难度大、质量难保证的特点,提出微孔加工质量控制模型,分别从操作人员、机床、生产物料、加工环境、品质测量等5个方面入手,对如何保证精密微孔的加工质量进行分析。通过分析加工案例,从项目实施流程、工艺规范、软件端工艺设计、切削温度控制等方面验证了该高速钻削加工方案的可靠性。研究结果为精密微孔生产制造提供了参考。

基于工况特征的高速插齿机静压主轴润滑特性研究

针对高速插齿机静压主轴在实际工况特征下存在润滑特性不明晰的问题,以摩擦学和流体力学理论为基础,采用有限元仿真法建立不同受载状态下的静压主轴流体仿真模型及流固耦合模型,基于实际工况特征探究不同工况参数下静压主轴的润滑特性变化规律。结果表明,油膜承载力、主轴轴套变形量及黏性阻力随径向增大而增加,而油膜刚度则是随径向载荷增大先减小后增加。轴套最大变形位置随径向载荷增大而不同。在相同径向载荷下,主轴冲程速度对油膜承载力基本无影响而黏性阻力随冲程速度增大而增加。增大供油压力可显著提高静压主轴承载性能但轴套最大变形量也有明显增大,同时会改变油液流动方向进而加剧油膜黏性剪切应力集中现象,最终使得应力集中区域油膜破裂出现润滑失效现象。

正交切削淬硬45钢绝热剪切临界条件实验研究

进行了3种硬度淬硬45钢的正交切削实验,通过金相观测研究了切削条件对第一变形区绝热剪切的影响,得到了淬硬45钢在正交切削过程中的绝热剪切临界切削条件,并分析了平均切削力和切屑变形.结果表明:淬硬45钢的绝热剪切临界切削速度随着切削厚度的减小或刀具前角的增大而增大.材料硬度越高,临界切削速度越小.在绝热剪切发生时,平均切削力不发生突变.在绝热剪切发生之前,带状切屑的变形系数随着切削速度的增大而减小,并逐渐趋近于1.

碳钢材料超精密切削的最新研究进展

碳钢材料作为应用最广的工程材料,以成本低廉、应用广泛而倍受超精密加工领域的重视。然而碳钢材料在超精密切削过程中会导致金刚石刀具严重磨损,被认为是金刚石不可切削材料。本文首先对金刚石刀具磨损机理研究进行了综合评述;其次分别从加工工艺、刀具、工件材料以及它们的复合改善等四个方面对各种解决方法进行分类述评和比较分析,并对最有前景的方法进行了展望,以期为化学性质相似的其他元素金属(元素周期表第Ⅳ-Ⅷ族过渡元素Nb、Co、Mn、Ni、Cr、Ti等及其合金)的超精密切削研究提供参考。

弧齿锥齿轮加工仿真技术的研究

弧齿锥齿轮由于具有传动平稳,承载能力强等优点,在航空和工程机械等领域得到了广泛应用,但其复杂的几何形状增加了加工制造的难度。总结了弧齿锥齿轮加工几何仿真和物理仿真的研究现状,指出了存在的问题和发展趋势,对促进弧齿锥齿轮加工技术的发展具有一定的作用。

高速铣削参数对锡铋合金切削温度影响的试验研究

针对锡铋合金材料熔点低、切削加工性不明的问题,采用红外测温仪研究了干式高速铣削参数对锡铋合金工件切削温度的影响,采用正交试验法进行试验规划,用直观分析法对试验数据进行分析,结果表明:铣削参数对切削温度的影响程度从大到小依次为:切削深度、进给量、主轴转速、行间距;对锡铋合金进行高速铣削时,切削温度随着进给量和切削深度的增加而升高,随着主轴转速的增加而降低,行间距对切削温度基本无影响;得出了最优铣削参数组合,当主轴转速为9000r/min、进给量为150mm/min、切削深度为0.6mm、行间距为0.4mm时,切削温度最低;对锡铋合金进行干式高速铣削过程中刀具无明显磨损,在试验范围内未发现锡铋合金加工表面有熔化现象,锡铋合金属于易切材料。

五轴高速加工中心后置处理算法研究

针对DMC75VLinear五轴高速加工中心和Heidenhain iTNC530数控系统,提出一种后置处理算法,结合M128指令研究了刀具摆角B和工作台转角C的计算公式。利用编写的后置处理软件得到了不同零件的数控程序,已在该五轴加工中心上使用,从而验证了本研究的后置处理算法的正确性和可靠性。

蓝宝石加工过程中金刚石线锯生命周期表面形貌及抗拉极限载荷实验研究

为优化金刚石线锯多线切割加工蓝宝石晶片的工艺参数,通过加工实验,获得金刚石线锯生命周期内各个阶段样本,采用扫描电镜分析样本表面形貌;用拉伸试验机对样本抗拉极限载荷进行测试,得到样本的抗拉极限载荷,并对断口形貌进行分析。实验结果表明:金刚石磨粒在生命周期内,经历包覆磨损、显露、碎裂、脱落的过程;磨粒碎裂是导致脱落的主要原因;生命周期内,金刚石线锯抗拉极限并没有随着线磨损、金刚石颗粒掉落而降低;断口分为裂纹扩展区、瞬断区、电镀层区,且电镀层区与瞬断区发生分离。在分析结果的基础上,给出工艺参数优化方法。

金属反射镜超精密加工研究进展

金属反射镜已经成为光学系统主反射镜的发展方向和趋势,金属反射镜的超精密加工已经成为当代科技前沿的关键支撑技术。主要对国内外金属反射镜超精密加工研究进展进行综合评述。评述了单点金刚石车削、光学冷加工、复制法对面形精度和光学性能的影响,从材料方面研究了材料物理特性、工件表面镀层和快速冷凝制造合金对超精密加工表面质量和光学性能的影响。最后对这些加工方法分析对比优缺点,并对金属反射镜超精密加工的技术发展愿景进行了展望。

刀具涂层技术在钛合金加工中的应用

钛合金与常用类金属相比,具有更好的强度、韧性、延展性以及较好的抗氧化性与耐腐蚀性。因此这使得钛合金在航空航天、汽车技术以及医疗技术等领域中得到了广泛的应用。实现钛合金的高速、高效切削加工,切削刀具是关键。刀具涂层技术使得刀具在提高使用寿命、切削效率和加工表面质量等方面发挥着重要作用,可以很好的满足钛合金加工的需求;随着涂层技术的进步,刀具涂层朝着组成元素多元化和微观结构复合化方向发展,促进了现代工业的发展。

核磁兼容机器人本体材料的切削加工性

选择3种核磁兼容非金属材料即聚丙烯、尼龙、聚甲醛进行切削力试验和粗糙度测量,分析不同切削参数下的三维切削力和粗糙度R a的变化规律。在此基础上,结合加工所获切屑形状,运用有向图和矩阵(DAM)法对3种材料的切削加工性进行评价,结果表明:尼龙切削加工性最优,聚甲醛其次,聚丙烯最差,因此宜选择尼龙作为核磁兼容机器人本体制造材料。

调制比对AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层结构的影响及涂层刀具的切削性能

为解决硬质合金刀具切削淬硬钢时面临易磨损、寿命短的难题,在刀具表面涂覆硬度高、耐磨损的防护涂层是一种经济实用的方法。利用高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控溅射复合技术制备了不同调制比的AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层,利用扫描电镜、纳米压痕仪、白光干涉仪等对多层膜的微观结构、力学性能以及涂层刀具的切削性能进行表征和分析。研究表明,当调制比为3∶1时,多层膜择优生长取向由(111)晶面转为(200)晶面,多层膜的表面致密度得到改善,层状结构明显,晶粒得到细化。此时,涂层硬度达25.7 GPa,临界载荷为79.6 N,耐磨性最强,磨损率为0.74×10^(-6)mm^(3)/(N·m),摩擦系数最低约0.45。将后刀面磨损带宽度0.3 mm作为磨钝标准,干切削淬火C1045中碳钢,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具的寿命比AlCrSiN涂层刀具寿命提高1.2倍,比无涂层刀具寿命提高3.2倍。切削过程中多层复合涂层内部分Mo元素被氧化成层状MoO3,起到润滑作用,有效降低了切削力和摩擦产生的切削热,延长了刀具使用寿命。无涂层刀具、AlCrSiN涂层刀具、AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具连续切削25 min后,切屑颜色越来越浅,切削温度越来越低。经观察与计算,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具所产生的切屑锯齿化程度最高,约为0.36,易于自动断屑,更有利于切削的持续进行。

单压电陶瓷驱动回转定位平台实验分析

为了能够实现高精度的微纳米级转动,该文基于柔性铰链设计了一种单压电陶瓷驱动的纯转动微定位平台。平台采用圆周阵列式柔性梁实现运动导向与解耦,通过杠杆机构增大动平台转动行程。首先通过有限元仿真验证了圆周阵列式柔性梁对动平台轴心漂移的抑制作用,然后通过实验对其运动特征进行测试与分析。测试结果表明,该机构具有良好的回转精度,在x轴正方向轴心漂移量为0~0.23μm,y轴负方向轴心漂移量为0~4.59μm,旋转弧度可达916μrad,旋转精度为0.53μrad。轴心漂移补偿后整体误差最大为4.9%。

薄壁件高速切削稳定性研究

颤振现象是薄壁零件加工过程中的普遍问题,以壁板零件为模型,通过对加工过程中颤振的原理进行分析,建立薄壁件一维铣削稳定性理论模型,绘制了频域颤振稳定性叶瓣图。基于叶瓣图,提出一种通过优选切削参数来控制颤振的方法,最终获取了避免加工颤振的理论加工参数,对减小或消除颤振提供了有益的指导。

基于冰冻装卡的镁锂合金零件铣削工艺参数对切削温度的影响与仿真验证

本文以镁锂合金材料的卫星机箱壳体零件为对象,研究不同铣削工艺参数加工镁锂合金壳体时冰冻装卡方式降低壳体温度效果。借助冰冻盘和红外测温仪进行镁锂合金壳体铣削加工实验,探索冰冻装卡工艺方法对镁锂合金壳体零件及切削区域的温度影响效果。结果表明,主轴转速n在1500~3500r/min、背吃刀量ap在0.3~0.7mm、进给量F在300~550mm/min的工艺参数范围内,冰冻装卡方法能有效控制镁锂合金壳体零件的加工部位和切削区域的温度,使镁锂合金壳体零件的切削加工过程零件温度和切削区域平均温度,远远低于镁锂合金材料燃点温度,显著避免加工过程中切屑燃烧的安全隐患,极大提高加工效率。该工艺方法在某卫星的陀螺仪控制壳体加工中成功应用。

基于锤击实验的曲面薄壁件动态特性研究与建模

研究曲面薄壁件动态特性影响规律是实现薄壁件振动有效控制的重要前提。通过锤击试验,获得了曲面薄壁件上缘不同测点的频响函数和模态参数,分析了模态参数的影响规律,并开展了基于试验的动态特性理论建模。研究结果表明:薄壁件的一阶和二阶固有频率随着测点的改变先增大后减小,加速幅值随着测点的改变先减小后增大;测点越靠近薄壁件中心位置,固有频率越大。动态特性模型的预测与实验结果具有良好的一致性,提取工件的前两阶模态参数,可较好地拟合路径点的传递函数,即能较好捕捉该点的振动特性。该研究可为薄壁件切削动态评估工作提供重要参考。

Pt改性梯度NiCrAlY涂层的热腐蚀行为研究

为了进一步提高NiCrAlY涂层的抗热腐蚀性能,利用电弧离子镀技术在DZ125合金表面分别沉积NiCrAlY/NiAl/Al涂层(coating A)、NiCrAlY/Pt/NiAl/Al涂层(coating B),再经真空扩散退火处理形成成分渐变的梯度涂层结构。在涂层中引入改性元素Pt以改善涂层的抗热腐蚀能力,对比研究了2种涂层体系在900℃不同混合盐中的热腐蚀行为;利用SEM、EDS、XRD以及EPMA分析了涂层经过热腐蚀后的微观形貌、物相组成和元素分布。结果表明:在900℃的K_(2)SO_(4)+Na_(2)SO_(4)混合盐中,coating A表面的氧化膜发生了大面积的剥落,coating B中的Pt抑制了S在涂层/氧化膜界面处的偏析,增强了氧化膜的黏附性。在900℃的NaCl+Na_(2)SO_(4)混合盐中,coating A的Cr元素和O元素分别发生了外扩散和内扩散,Cr外扩散易与S反应生成有害相Cr_(x)S_(y)。coating B中的Pt抑制了Cr、O元素的外扩散和内扩散。在NiCrAlY层和NiAl层之间增加Pt层,显著提升了NiCrAlY涂层在混合盐中的抗热腐蚀能力。

球头铣刀三维曲面加工的铣削力预报

针对球头铣刀三维曲面加工,提出一种考虑进给方向和刀具切触界面任意变化的铣削力预报方法。基于微分的思想,将曲面加工中单个齿频周期内的切削过程看成是切削条件恒定的微小稳态加工,进而将整个三维曲面加工视为一系列微小稳态加工的组合。根据各微小稳态加工的始、末刀位点坐标,建立进给转向角和进给倾斜角模型,刀具切触界面应用基于逻辑数组的Zmap方法确定,并修改了未变形切屑厚度模型的参数,使其适应三维曲面加工中刀具切触界面和进给方向的任意变化。分别进行凸圆弧曲面、凹圆弧曲面和自由曲面三个铣削加工试验,数值计算及试验测量结果表明,提出的方法能够很好地描述曲面加工中进给方向及刀具切触界面的变化,预报的铣削力和试验测量结果在幅值和变化趋势上都吻合良好,从而验证了该铣削力预报方法的有效性。

Zr-Ti-B-N刀具涂层在600℃恒温过程的演变研究

评估Zr-Ti-B-N刀具涂层在600℃下的耐热能力,研究不同热处理时间对涂层结构和性能的影响规律。采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术制备Zr-Ti-B-N涂层,利用高温马弗炉对涂层进行热处理,借助纳米压痕仪、高温摩擦磨损试验机测试热处理后Zr-Ti-B-N涂层的力学性能、摩擦学性能。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对热处理前后Zr-Ti-B-N涂层的微观结构进行表征,在高温环境下,不同热处理时间对涂层的力学性能、摩擦学性能和微观结构有显著影响。结果证明,在600℃的大气环境下,经1h热处理后,涂层的综合性能稳定,涂层硬度为23.7GPa,临界载荷为31.7N;经2h热处理后,晶粒尺寸逐渐增大,柱状晶结构变得明显,涂层硬度开始下降;经3h热处理后,涂层表面出现明显的氧化膜,晶粒尺寸增大了27.0%,摩擦系数降到最低,为0.66,临界载荷未发生明显变化。

沉积气压对AlCrTiSiN涂层组织结构、力学与抗高温氧化性能的影响

沉积气压是涂层制备的重要工艺参数,为研究其对AlCrTiSiN纳米复合涂层组织结构、力学性能与抗高温氧化性能的影响,采用射频磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术,改变沉积气压(0.6,0.8 Pa)制备出2种AlCrTiSiN纳米复合涂层,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)、纳米压痕仪等对比分析了2种涂层的结构与性能。结果表明:2种沉积气压下制备涂层的相结构均为fcc-(Al,Cr,Ti)N,均沿(111)晶面择优生长,但0.8 Pa制备涂层的(111)织构系数更大,表明其择优取向更明显。与沉积气压为0.8 Pa制备的涂层相比,0.6 Pa制备的涂层表面颗粒更细小,涂层更致密,具备更佳的力学性能,拥有更优异的抗弹性变形能力、抗塑性变形能力和膜基结合力。这一方面是因为在低沉积气压下沉积粒子到达基体上的能量更大;另一方面是由于0.8 Pa制备的涂层中可能出现了厚度较大并且较软的Si_(3)N_(4)相。在900℃氧化6 h后,涂层表面均生成了一层连续、致密的Al_(2)O_(3)混合氧化膜,有效阻止了O向涂层内扩散,可对氧化膜下方涂层起到一定的保护作用。随着沉积气压由0.6 Pa增加到0.8 Pa,氧化物颗粒增大,氧化膜厚度增大,抗高温氧化性能下降。