砂轮约束磨粒喷射加工表面的分形及摩擦特性研究

对砂轮约束磨粒喷射精密光整加工(Abrasive Jet Precision Finishing,AJF)表面进行分形维数和摩擦磨损特性研究.试验在MB1332A外圆磨床上完成,加工式样为Ra为0.6μm左右的45#钢.加工表面形貌和微观几何参数用MICROMESVRE2表面轮廓仪测量;应用分形维数和功率谱密度函数评价磨削加工和光整加工表面的微观形貌特征;利用MG-2000型销盘式高速高温摩擦磨损试验机研究表面形貌和分形维数对摩擦系数和磨损性能的影响.试验结果表明:磨粒喷射精密光整加工使工件表面高度特性参数大幅度降低,轮廓波动平均间距减小,波纹细密性提高.随着加工循环的增加,Ra值由0.6μm下降到0.2μm左右.光整加工表面摩擦系数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低,摩擦磨损试验结果和分形维数变化相吻合.     

不同温度下砷化镓表面摩擦诱导选择性刻蚀特性研究

利用摩擦诱导选择性刻蚀的方法,可在砷化镓表面加工一系列的纳米结构;该纳米加工方法无需掩膜,且加工效率高、成本低,具有应用前景.为了进一步研究砷化镓表面摩擦诱导选择性刻蚀的特性,优化加工参数,本文作者在不同温度下利用H_2SO_4-H_2O_2溶液对砷化镓表面进行选择性刻蚀,考察了刻蚀后所形成的凸起高度及砷化镓表面粗糙度随刻蚀时间和刻蚀温度的变化规律,阐释了温度对砷化镓表面刻蚀的影响机制;最后从加工高度和表面粗糙度着眼,探讨了砷化镓表面摩擦诱导选择性刻蚀的最佳条件.本研究为砷化镓表面选择性刻蚀加工的条件优化提供了重要依据.     

振动辅助磁力研磨超硬精密Al2O3陶瓷管内表面试验研究

针对普通磁力研磨超硬精密Al2O3陶瓷管内表面加工效率低且纹理不均匀的问题,提出了一种振动辅助磁力研磨的技术.采用曲柄滑块振动机构和超声振动机构辅助磁力研磨,通过改变磁粒刷的运动轨迹,实现对陶瓷管内表面的高效精密加工.对比施加振动前后表面加工质量和加工效率的变化,利用单因素试验分析了振幅和振动频率对表面加工质量和加工效率的影响规律.试验结果表明:振动辅助磁力研磨技术实现了对超硬精密Al2O3陶瓷管内表面的高效精密加工,相比普通磁力研磨,经过50 min的加工,超声振动辅助磁力研磨效果最好,加工效率提高70%,表面粗糙度Ra由平均1.1μm降至0.03μm以下;采用高频率小振幅的振动更有利于加工效率和表面加工质量的同时提高.     

磨料流加工过程中介质黏温特性对金属磨损性能的影响

采用20#钢、45#钢和T8钢3种不同材料进行磨料流加工试验,测定并分析各种材料的磨损量和表面粗糙度的变化情况;通过黏度计研究磨料流加工介质的黏温关系,并基于Rabinowicz单颗粒切削模型推导出以介质黏温关系为主的磨损关系式.结果表明:在磨料流加工开始的几个循环内,材料的表面粗糙度与磨损量变化较大,随着循环次数的增加,其变化幅度逐渐降低;材料硬度越高,磨损量越小;加工介质的黏度随温度升高而急剧下降.推导出的磨损关系式表明,磨损量与介质黏度呈正比,与工件硬度呈反比,材料磨损量变化趋势与试验结果一致.     

球形磁铁在弯管内表面磁力研磨中的应用

空间弯管内表面微裂纹用传统的研磨方法难以去除.利用六自由度机械手结合磁力研磨加工装置实现空间弯管内表面研磨加工.为了提高磁力研磨弯管内表面的加工效率,根据研磨工艺数学模型分析得到提高研磨压力是提高研磨效率的有效手段.因此,提出在研磨介质中添加球形磁铁作为辅助抛光工具提高研磨介质对弯管内表面的压力.通过Ansoft Maxwell软件分析得到添加球形磁铁后加工区域的磁感应强度增大,即研磨压力变大.并对TB8合金弯管进行研磨试验,试验结果表明添加球形磁铁后研磨加工效率提高约40%;表面粗糙度降至0.09 μm左右,并通过电子显微镜观察到内表面上的微裂纹已去除.实验验证了球形磁铁辅助研磨弯管内表面的可行性,为提高磁力研磨加工效率提供了一种新方法.     

硅微谐振式加速度计结构设计与仿真

硅微谐振式加速度计以易于检测的准数字信号作为输出,是微传感器的一个研究热点.提出一种基于一级微杠杆放大机构和DETF谐振器的硅微谐振式加速度计的结构设计,在分析工作机理以及误差来源的基础上阐述硅微谐振式加速度计的设计要点;结合现有加工工艺水平完成整体结构设计;运用MATLAB分析结构参数对性能的影响并对参数进行优化设计;运用ANSYS对加速度计整体结构进行仿真验证.所设计加速度计的谐振频率约29 kHz,标度因数为95 Hz/g,量程为±50g,其差分输出频率的线性度为0.099%.经研究表明,在加速度计的结构设计中,量程范围要与谐振嚣原理性误差协调考虑;谐振器振幅不宜过大;在现有加工工艺条件下,谐振器振梁的宽度产生的加工误差最大,对谐振器的性能影响最大.     

硬质合金表面织构液相辅助激光制备及摩擦性能

采用激光加工技术在空气介质与辅助液相(无水乙醇与双氧水体积比为50:1)下对YT15硬质合金表面进行了交叉扫描织构加工,制备出了两组织构试样. 借助Quanta 200扫描电子显微镜及能谱对织构硬质合金表面形貌与元素含量进行了测量,并用SDC-100接触角测量仪表征了润湿性,最后在MWF-500往复式摩擦磨损试验机上进行了干摩擦、润滑油及润滑油与MoS₂颗粒润滑的摩擦和磨损对比试验. 研究结果表明:相比空气介质激光加工试样,液相辅助激光加工表面的微凹坑分布更加均匀,无明显的氧化及熔融物重铸现象,表面接触角最小(55°);三种工况下液相辅助激光加工表面织构的摩擦系数最小,磨损量有一定改善. 分析表明:辅助液体对激光加工表面起到了冷却及保护作用,固-液界面快速产生的气泡散射了激光光束,使激光光束的作用区域发生干涉,同时携带出加工熔融物. 因此,润滑介质更容易在界面间渗入及铺展,改善了界面摩擦学特性.      

氟金云母玻璃陶瓷钻削过程中的刀具磨损特性研究

分别用硬质合金刀具和高速钢刀具钻削氟金云母可加工玻璃陶瓷材料,通过对刀具磨损表面形貌的观察和刀具主后刀面磨损带宽度的测试,分析了氟金云母玻璃陶瓷钻削加工中的刀具磨损过程、磨损形式及其机制.结果表明:与低碳钢相比,玻璃陶瓷材料钻削时刀具磨损较大,采用高速钢刀具时磨损比较剧烈,不适合氟金云母玻璃陶瓷材料的钻削加工;硬质合金刀具的磨损形态包括主后刀面磨损、副后刀面磨损以及横刃磨损,硬质合金钻头副后刀面的磨损为氟金云母玻璃陶瓷材料钻削加工的显著特征,磨料磨损和粘着磨损为硬质合金刀具的主要磨损形式;崩刃为硬质合金刀具非正常磨损的主要形式.     

难加工材料切削机理研究的新进展

航空发动机重要零件如机匣、压气机风扇叶片等广泛采用钛、镍基合金等先进结构材料.钛、镍基合金材料切削加工性较差,主要表现在材料热硬度和热强度很高,所需切削力很大,工件、刀具容易产生较大变形;材料热扩散率低;刀具切削深度线位置缺口现象严重,以及形成锯齿状切屑等几个方面.深入研究此类难加工材料的切削机理,对于实现薄壁件高效精密数控加工技术至关重要.本文重点介绍了关于高硬度金属材料锯齿状切屑的形成机制;非连续切屑形成过程的有限元数值模拟关键技术,包括自适应网格细化、切屑与工件之间的分离准则,以及用以描述单元网格中裂纹形核与扩展的断裂准则和算法;切削区域高温、高应变率条件下材料屈服流动行为的准确描述,系统考虑应变、应变率和温度三者之间的相互影响作用;切削温度场、工件表层残余应力场的分布规律,以期消除残余扭曲变形对航空工业中普遍使用的薄壁结构件加工精度的显著影响.      

切削力建模方法综述

航空航天工程广泛采用薄壁复杂结构零件, 实现其高效精密数控加工关键技术具有重大的现 实意义. 传统的CAD/CAM软件在确定切削策略和规划刀位轨迹时, 一般仅基于零件的理想几 何形状. 由于切削力引起的刀具、零件显著的加工变形即``让刀'现象, 必然导致零件的实 际加工表面与理论值之间存在较大偏差. 工程师往往不得不通过选用比较保守的切削用量和 多次重复精加工过程来保证零件的加工精度. 为了能够从根本上解决这一问题, 很有必要通 过建立准确的切削力预报模型, 仿真切削加工的物理过程, 揭示工件和刀具的加工变形规律, 补偿原始数控刀具轨迹, 最终达到改善工件加工精度和提高加工效率的目的. 本文综述了各 种不同的切削力建模方法, 包括基于切屑形成机理的二维正交切削力模型、基于单位切削力 系数的铣削力模型、神经网络模型以及模糊灰色理论等. 目的是为实现薄壁复杂结构零件的 加工变形预测控制、关键工艺参数优化以及加工过程的物理仿真提供理论基础.     

不同冷成形加工工况下钛合金板材的初始回弹

钛合金板材是一种高模量弹塑性材料,在冷成形加工的过程中,回弹控制难度较大.金属板材的冷成形加工过程,实际涵盖了多种冷成形加工工况.就板材冷成形加工过程中遇到的各种工况进行梳理分析,归纳为若干典型的工况,针对不同的冷成形加工工艺所含盖的典型工况,对高模量弹塑性板材在冷成形加工脱模后的初始回弹问题,进行了精细的分析,并提出了高精度的解析解.从而,在理论上为诸如钛合金之类的高模量弹塑性板材的冷成形加工,冷成形模具设计,及其冷成形加工工艺的工序优化,提供参考依据.     

铝基复合材料超精密加工中的刀-屑摩擦磨损性能及模型研究

通过金刚石PCD刀具对非连续SiC增强铝基复合材料的超精密车削加工试验,考察了刀具第二切削变形区(刀具前刀面-切屑间)的摩擦磨损性能,并提出了相应的模型;采用爆炸式快速落刀装置制备出切屑根并分析了积屑瘤的影响因素;采用原子力显微镜对PCD刀具的刃口磨损形貌进行观察,并分析其磨损机理.结果表明:在超精密切削加工非连续增强铝基复合材料的过程中,前刀面仍然有极小的楔型积屑瘤产生;铝基复合材料的摩擦磨损性能明显优于铝合金,且当SiC增强相达到最佳体积分数(20%～25%)时,其摩擦磨损性能最佳;从刀具的耐磨性角度考虑,在超精密加工非连续增强铝基复合材料时适宜采用金刚石刀具.     

流变学研究的若干问题

本文综述了1988年8月第10届国际流变学会议部分大会邀请报告及分组报告的下列几个领域内容:①分子动力学;②光学流变测量;⑧血液的动态测量;④数值仿真;⑤钻探油井;⑥强化采油;⑦减阻;⑧聚合物挤压成形加工;⑨食品流变学.     

高速球铣加工表面微沟槽形貌形成方法及其减摩性能研究

高速球铣加工表面通常具有一定的残留形貌,采用Matlab形貌仿真与切削加工试验研究了高速球铣加工表面微沟槽形貌的形成方法;并基于流体动压润滑理论,通过Fluent流体仿真与润滑工况下的滑动摩擦试验,研究了表面微沟槽形貌的承载能力关于滑动速度和径向切深的响应规律,并分析了减摩机理. 结果表明:当给定每齿进给量后,随着径向切深的增大,可以获得具有微沟槽特征的表面形貌. 微沟槽承载能力随着滑动速度的提高而逐渐增大;随着径向切深的提高,承载能力呈现先增后减的趋势,这是由于其与楔形效应和逆流现象交互作用影响相关,当径向切深较小时,楔形效应占主导地位,承载能力较强,随着径向切深的进一步增大,逆流现象会严重减弱楔形效应,导致微沟槽承载能力下降.      

聚丙烯和二硫化钼对超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

采用模压法制备了聚丙烯(PP)和MoS2填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料;在MM-200型摩擦磨损试验机上考察了UHMWPE/PP/MoS2复合材料的摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜观察分析复合材料磨损表面形貌.结果表明:单独添加MoS2可以提高UHMWPE的抗磨性能,但摩擦系数增大、力学性能降低;而采用PP和MoS2对UHMWPE进行改性可以显著改善加工性能;72.7%UHMWPE/18.2%PP/9.1%MoS2三元复合材料的加工性能、承载能力和长时抗磨性能明显优于UHMWPE;UHMWPE主要发生粘着磨损和疲劳磨损;而72.7%UHMW-PE/18.2%PP/9.1%MoS2三元复合材料在相同试验条件下同钢对摩时仅发生轻微塑性变形.     

工艺过程对固体氧化物燃料电池材料力学性能的影响

固体氧化物燃料电池在生产过程中采用不同的加工手段,加工过程会产生一定的损伤,同时材料烧结过程产生比较大的残余应力,这些因素都会影响电池的使用寿命和完整性.本文通过实验测试,研究了不同加工过程对材料性能的影响,其中包括直接冲剪,激光切割以及切割后研磨等方法,并测试了这些加工手段对应的试件的强度.结果显示,直接冲剪法造成性能的分散性比较大,激光切割的性能较好,而研磨加工法对材料的性能影响最小;受残余应力或各层有效应力的作用,单层阳极材料的强度要高于双层电池结构材料的强度;利用弯曲法测试了半电池结构中的残余应力和不同薄膜对应的厚度残余应力,测试的结果和热弹性力学计算结果进行了对比.由于在高温时阳极材料有应力松弛现象,计算得出的残余应力高于实验测试结果.     

微细铣削铅黄铜时微径铣刀的损伤研究

采用TiAlN涂层硬质合金微径铣刀在微小型机床上对铅黄铜(HPb63-3)工件进行了微细铣削加工试验研究,全面分析了微刀具的磨损、破损形态及磨损失效机理.结果表明:在微细铣削加工条件下,微径铣刀主要失效与磨损区发生在刀尖部位,刀具的磨损与破损形态呈现显著的尺度效应.微细铣削铅黄铜材料时,微刀具的主要失效形式表现为涂层剥落与刀尖破损;主要磨损机理为黏着磨损和磨粒磨损等损伤机制.刀具与工件之间存在着扩散作用,但并不是引起刀具磨损的主要原因.     

取向型微沟槽高速球铣加工制备方法及其减摩性能研究

探究直接利用高速球铣加工工艺制备取向型表面微沟槽织构的方法,并对该类型表面微织构的减摩性能进行研究.鉴于高速球铣加工工艺走刀路径灵活可变、表面材料残留几何尺寸与分布形态具备可控性的特点,利用Matlab仿真对高速球铣加工表面形貌进行预测,通过高速球铣加工试验验证仿真结果,并基于流体动压润滑理论,结合Fluent流体仿真分析与高速环-块摩擦磨损试验,对该类型表面微织构的减摩性能进行分析.当切削参数选用径向切深明显大于每齿进给量的组合时,高速球铣加工表面残留材料能够形成明显的微沟槽形貌,且微沟槽特征的取向可由球头铣刀的走刀路径进行控制;微沟槽承载能力与其取向密切相关,随着微沟槽取向角由90°减小至20°,负压区与正压区范围呈现扩大趋势,油膜内逆流效应逐渐减弱,动压效应逐渐增强,微沟槽承载能力提高了20.64%,表面摩擦系数由0.028 45降低至0.021 65;然而,当取向角过小时,负压区与正压区的范围过小,不能形成有效的收敛楔,微沟槽承载能力下降,表面摩擦系数上升.通过高速球铣加工工艺能够实现取向型表面微沟槽织构的可控制备,且该类表面的减摩性能与取向角α密切相关,在本文研究范围内,取向...     

高速切削强化表面（HSMS）的摩擦学性能试验研究

借助X射线衍射应力分析仪、球-盘式滑动摩擦磨损试验机以及扫描电子显微镜等工具,考察了已加工表面的残余应力场与X射线衍射线半高宽分布特征,研究了高强度钢工件高速切削强化表面的摩擦学性能,探讨了强化表面的摩擦学性能与表面强化特征指标间的相关性.结果表明：合理的高速切削强化工艺能够有效提高高强度钢材料的滑动摩擦学性能;残余压应力场的作用深度是决定加工表面摩擦学性能的关键强化特征指标;位错密度增加和晶粒细化是提高强化表面耐磨性能的主要因素;高速切削强化表面的主要磨损机理为磨粒磨损、塑变磨损以及疲劳磨损等磨损机理.     

流变学在国外农业工程中的应用

近年来许多发达国家广泛深入开展了关于农业物料流变学性质的研究.有关农业物料流变学性质的知识,对设计农业机械,加工处理农产品,以及农产品的质量评价等方面,可以提供许多重要的数据.本文对近年来国外这方面的研究工作进行了综述,同时简要介绍了食品流变学.