关键词： 新课改   OBE   多元化   改革  

摘要： 《特种加工》是机电类专业本科教学过程中一门涉及面广、综合性、理论性和技术性都很强的专业课程。在新课程改革背景下,针对目前该课程教学时的特点及存在的主要问题,尝试将OBE理念引入课程,对其教学目的及内容、教学评价、教学手段和教学方式等方面进行了改革尝试,探索了一种多元化的教学方法。该方法有利于提高学生的学习积极性、创新能力、实践能力和辩证思维能力,改善教学效果,提高人才培养质量。

关键词： 人工关节   表面激光加工   微织构   摩擦学性能  

摘要： 随着人口老龄化问题的加剧，骨关节坏死问题日益突出。据相关临床统计，全球每年实施的关节置换手术达数十万例。并且在置换关节后，引发人工关节失效的主要原因为无菌性松动。作为人工关节无菌性松动的主要原因，人工关节摩擦副间产生的磨损颗粒与关节的摩擦性能密切相关，同时摩擦过程中产生的磨粒也将造成不良的生理反应。有摩擦学研究表明，并非越光滑的表面摩擦学性能越好。恰恰相反，当摩擦副表面具有一定的微织构时，材料将展现出更优良的摩擦性能。为了提高人工关节的摩擦性能，本文以典型人工关节材料316L不锈钢为研究对象，采用激光表面织构技术(Laser Surface Texturing,LST)、激光冲击微造型工艺(Laser Peen Texturing,LPT)和激光复合织构工艺(Laser Composite Texturing,LCT)三种微织构加工工艺对其进行表面织构化处理，探究织构化前后材料的表面几何特征及润湿性等属性变化，并在模拟人体行走的速度和载荷条件下系统研究了其摩擦性能，同时初步探究了表面微织构的减摩机理。具体研究内容和主要研究结论如下。\n 一、激光表面织构对316L不锈钢摩擦性能的影响\n 利用激光表面织构技术在典型人工关节材料316L不锈钢表面制备出具有不同面积率与深径比的微坑阵列，以达到改变材料表面的粗糙度与润湿性的目的，使原本表面亲水的316L不锈钢在织构化加工后具备一定的疏水性。测试了表面织构化材料在不同人体行走速度与载荷条件下的摩擦性能，探究了表面粗糙度与润湿性等表面属性对摩擦性能的影响。实验结果表明，微坑面积率为10%的316L不锈钢与深径比为0.52的316L不锈钢的摩擦性能表现优良。同时发现，在本文三种速度载荷条件下，与速度相比，载荷对织构化材料的摩擦性能影响更大。\n 二、激光冲击微造型对316L不锈钢摩擦性能的影响\n 由于材料表面与亚表面具有一定的残余压应力有利于提高耐磨性，因此，建立了激光冲击微造型的数值仿真模型，并与实验结果对比，验证了模型的正确性，对残余应力分布与残余应力缺失损失现象进行了定量研究。同时，利用激光冲击微造型工艺在人工关节材料316L不锈钢表面制备出具有不同面积率、直径的微坑，并在人体模拟液环境中测试了织构化处理材料的摩擦性能。研究结果发现，在激光冲击微造型过程中，为了抑制残余应力缺失现象，可以适当降低激光功率密度或光斑半径，以提高材料表面及亚表面的残余压应力。同时，当微坑设计直径为1mm、面积率为5%时，材料在三种速度与载荷条件下表现出较为优异的摩擦性能。这是因为材料经激光冲击微造型工艺处理后，其摩擦性能与固液界面间的承载力和剪切力有关。而不同面积率、直径的微坑与摩擦副间的速度载荷都将影响摩擦副间固液界面的承载力与剪切力。\n 三、激光复合织构对316L不锈钢摩擦性能的影响\n 提出了一种基于激光表面织构技术与激光冲击微造型工艺的复合织构工艺—激光复合织构工艺。利用这种激光复合织构工艺处理316L不锈钢，制备出一种具有跨尺度织构且表面润湿性差异化分布的表面，并在摩擦磨损试验机上测试了其摩擦性能。同时，比较了三种激光织构工艺对316L不锈钢摩擦性能的影响，并初步阐述了其机理。研究结果表明，经激光复合织构工艺处理后，材料表面分为两种润湿性不同的区域，当微坑设计直径为1mm、面积率为10%时，材料具有优异的摩擦性能。这是因为合适的微坑面积率与深径比能够提高润滑膜的刚度，增强摩擦副间的承载能力。同时，与单激光织构工艺相比，由于经激光复合织构工艺处理的材料具有两种润湿性能不同的区域，使得激光复合织构工艺处理的材料具有更稳定优异的摩擦性能。\n 综上，本文利用激光表面织构技术、激光冲击微造型工艺和激光复合织构工艺三种微织构加工工艺对典型人工关节材料316L不锈钢进行了表面织构化处理。经摩擦实验测定，这三种工艺都能一定程度上提高材料的摩擦性能，并且在本文三种速度载荷条件下，激光复合织构工艺处理材料的摩擦性能更优。

关键词： 紫外激光   玻璃通孔   激光加工   3D垂直封装   单一变量法  

摘要： 玻璃通孔结构广泛应用于光通信、微电子机械系统(MEMS)封装、芯片三维垂直集成等领域。采用单一变量法详细研究了355 nm全固态紫外激光进行玻璃通孔加工时,各激光参数对通孔直径、锥度及表面质量的影响。研究结果表明,随着激光功率密度的增大,孔边缘易出现较严重的裂损现象,孔径随之增大;激光重复频率的增大将增加通孔边缘及侧壁的熔融物数量,且通孔锥度也会增加;适当降低激光扫描速度可减小通孔边缘重凝区宽度,然而扫描速度太低时,由于热累积效应打孔质量下降;适当的负离焦有利于获得垂直度高、质量良好的玻璃通孔。研究结果对使用激光加工高质量玻璃通孔的参数选取具有一定的参考价值。

关键词： 精密电火花加工技术   精密注塑模具   精益求精  

摘要： 模具是工业之母,制造业的利器!电火花加工技术,是注塑模具制造加工不可缺少的关键性技术,具有许多传统切削加工无法比拟的优点,解决了难加工材料及复杂零件的模具零部件,其加工范围可达到小至几十微米的孔、缝、小型芯等小型精密注塑模具零件,大到几米的大型注塑模具零件。在电子、航空、航天、仪器、仪表、医疗等部门也得到了广泛的应用。

关键词： 激光加工   温度控制   Backstepping方法   时滞参数  

摘要： 激光加工作为一种先进的制造加工技术，广泛应用于航空、航天、汽车及电子制造等领域，发展激光加工技术，对提升中国工业领域的核心竞争力和创新力具有至关重要的作用。在激光加工过程中，温度控制是关键因素，将直接影响加工材料的结构属性和产品质量。\n 在激光加工过程中，传感器在测量实际温度时产生信号延迟，从而带来温度反馈信号时滞，形成输入时滞。如采用无补偿的控制方法，系统有可能不稳定。目前，研究含有时滞的激光加工温度控制的文献很少。Backstepping方法作为一种分布式参数系统(DPS)的控制算法，对解决偏微分方程描述的DPS的稳定控制问题具有很好的效果，因此近年来受到国内外学者的广泛关注。\n 本文针对激光加工过程中存在的输入时滞问题，采用Backstep-ping方法设计了具有时滞补偿的温度控制器，通过控制激光功率使得温度达到期望的分布状态。这为解决激光加工的温度控制问题提供了一种新的思路，同时也扩展了Backstepping方法在时滞系统的研究及应用领域。本文主要研究了以下内容：\n （1）研究了带已知输入时滞的激光加工过程的温度补偿控制问题。本文建立了激光加工过程中温度时空分布的数学模型，构建了具有扩散项和对流项的温度模型，系统的控制输入是激光功率。由于功率输入依赖于温度反馈，当温度测量出现时滞，将导致功率输入时滞。由此，建立了输入时滞的温度扩散模型，通过引入一阶双曲偏微分方程来表示时滞，从而将原系统状态方程转化为等价的无显式时滞的级联偏微分方程，降低控制器设计的复杂度。采用Backstepping方法设计补偿控制器，基于一个积分变换，将级联系统映射为一个稳定的目标系统，并求解出核函数方程以及对应的核函数的数值解，进而得到以核函数为反馈增益的控制器。并求出了从目标系统到原系统的逆变换核函数方程，证明了此方程解的存在性，从而证明了该积分变换的可逆性。基于变换的可逆性，通过李雅普诺夫方法证明了时滞系统在补偿控制器的作用下H1指数稳定。最后运用有限差分法进行数值仿真，表明控制器的有效性。\n （2）研究了激光加工过程中含有未知时滞的温度自适应控制问题。基于已建立的温度控制系统数学模型，引入一个新的一阶双曲偏微分方程，将带时滞的原系统转换为等价的级联系统。基于确定等价性原则，采用Backstepping方法，设计了一个依赖于时滞参数的自适应控制器。针对未知的时滞参数，设计了一个自适应更新律对其进行在线估计和动态调整，使未知时滞在控制过程中逐渐收敛为真实值。根据设计的自适应控制器以及时滞的自适应更新律，采用李雅普诺夫方法对系统的稳定性进行分析，证明了闭环系统的指数收敛性。最后进行仿真，验证自适应控制器和时滞更新律的有效性。

关键词： 激光加工技术   冶金行业   作用  

摘要： 激光加工技术起始于上个世纪六十年代。现如今,激光加工技术在切割、焊接、热处理的表现十分优异。因此,激光加工技术在很多领域当中都受到欢迎。在冶金行业中,激光加工技术的运用范围越来越广,制造的效率也越来越高,为企业创造了很大的经济价值。本文主要从激光技工技术在冶金行业中的应用开始讲起,浅析其中该技术对冶金设施当中的应用,最后分析激光加工技术在冶金产品当中的运用。

关键词： 激光加工机器人   工业应用   研究  

摘要： 就激光加工机器人技术来讲,其是基于激光技术和机器人技术整合下衍生出来的。伴随着社会的不断进步以及科学的持续发展,激光加工机器人技术的研发工作成为目前多个国家致力研究的领域。将激光加工机器人技术应用到汽车制造当中,一方面可以释放更多的人力资源,另一方面也能促进汽车制造质量的充分提升。以整体角度为立足点而言,激光加工机器人技术具有重要的应用价值。

关键词： 电火花加工   微纳层次结构   疏水性   接触角滞后  

摘要： 利用电火花成型加工技术制备铜基微纳层次结构疏水表面,该微纳层次结构主要由微纳孔洞、熔珠、重熔区和热应力裂纹等微观结构组成,考察了不同脉宽参数对微纳层次结构疏水性的影响。结果表明:随着脉宽的增大,微纳层次结构中微纳孔洞数量增加,各种微观结构的层次分布程度增强,增大“气垫”效应区域,可存储更多的空气在其表面,提高了微纳层次结构的疏水性。固-液界面所占面积分数(f sl)减小,水滴和表面孔洞中的“气垫”接触面积增大,使得微纳层次结构对水滴的物理吸附作用减弱。微纳层次结构接触角可增至(144.7±2.1)°,接触角滞后性范围为(8.46±3.3)°^(14.10±1.2)°。

关键词： UG软件   激光加工   工程实训  

摘要： 以八方纸巾盒为例,介绍了UG软件在激光加工实训课程中的应用,通过UG软件建模得到三维模型,然后在UG软件制图模块中导出二维平面图纸,最后在激光雕刻切割机上加工得到作品。希望对激光加工工程实训课程改革有一定的参考和借鉴作用。

摘要： 钛合金比强度高、热强性、耐蚀性好,现代航空航天零部件使用钛合金材料的比例越来越高,其加工工艺的研究至关重要,而钛合金的电火花加工工艺,更是其中的重点和难点。本文通过对钛合金的物理特性及电火花加工机理进行研究,并通过大量试验、总结,得出钛合金壳体电火花加工的最优工艺方案。