关键词： 电火花加工   多通道放电烧蚀   旋转多通道电极   加工效率   表面质量  

摘要： 随着科技的进步和工业的发展,新材料、新结构广泛应用,具有高强度和高硬度的难加工材料如高温合金、高强度钢以及复合材料的加工需求越来越大。电火花烧蚀加工作为高效放电加工技术,利用金属基体与氧气燃烧产生的巨大化学能去除工件材料,加工效率高,适用于难加工材料的加工。然而,烧蚀反应释放能量较大,加工表面质量相对较差。为了改善烧蚀加工后工件表面质量,本文将多通道放电思想引入烧蚀加工,提出了旋转多通道电极放电烧蚀加工技术。该加工方法能在同一时刻实现多点烧蚀,突破了放电加工一次放电只有一个通道的限制,显著提高了烧蚀加工效率,与此同时,多通道放电分散放电能量,能够有效改善烧蚀加工后工件表面质量,很好的解决了放电加工中加工效率和表面质量之间的矛盾。本文主要的研究工作如下:(1)将多通道放电思想引入烧蚀加工,提出了旋转多通道电极放电烧蚀加工技术,并根据该技术原理构建了多通道放电烧蚀铣削加工系统,包括试验机床、雾化装置系统和旋转多通道电极等。(2)对多通道放电烧蚀加工机理进行研究,建立了电火花多通道放电等效电路模型。发现多通道放电烧蚀加工的微观蚀除过程可分为多点放电、多点活化、多点烧蚀以及产物排出四个阶段。此外,进行了单脉冲多通道放电烧蚀和单脉冲单通道放电烧蚀对比试验,通过对烧蚀蚀除坑及放电波形的对比分析验证了多通道放电能够分散放电能量,改善工件表面质量。(3)通过温度场有限元仿真分析了烧蚀蚀除坑大小与放电通道数量的关系,并通过单脉冲试验进行验证。此外,研究了放电通道数量与开路电压、极间距离、脉宽和电极数目的关系。(4)探索多通道放电烧蚀的加工特性和工艺规律。采用高温合金GH4169作为工件,进行多通道放电烧蚀加工和常规电火花烧蚀加工对比试验。结果表明,多通道放电烧蚀的加工效率较常规电火花烧蚀加工提高73.7%,同时,多通道放电分散放电能量,使工件表面粗糙度下降14.6%,工件表面的微裂纹变少,裂纹的宽度和长度变小。此外,进行有关氧气浓度、低压电流、占空比、脉冲宽度和电极材料的工艺试验,研究了相关参数对多通道放电烧蚀加工的影响规律。

关键词： 激光加工   铝板   疏液-亲液表面   无泵运输  

摘要： 在具有极端浸润性的表面上,液滴无泵运输功能在低成本生物医学诊断、芯片快速冷却、燃料电池水管理等领域具有广泛的应用价值,制备液滴的无泵定向运输表面正逐渐成为当前研究的热点。针对目前制备极端浸润性表面的液体无泵定向运输轨迹中存在的问题,比如,方法繁琐、成本较高、抗重力运输能力差等,本文基于理论和实验,采用激光加工方法,实现超疏水-超亲水无泵运输功能表面的制备,并通过对亲液区域的设计,不断提高液滴无泵定向运输速度。主要研究内容如下:(1)利用脉冲激光诱导铝板表面发生浸润性的改变,制备出超疏水-超亲水混合功能表面。并研究了激光加工铝板后,后处理对铝板超疏水表面的影响。结果表明:经过空气环境加热或真空环境加热,铝板表面都能从超亲水变成超疏水,样品表面接触角都可达到160°以上;但是,空气中加热样品的滚动角大于30°,真空中加热样品的滚动角仅为3.04°;真空中加热样品的超疏水效果更好,这是由于真空环境影响因素更少,样品更稳定。(2)采用激光法在铝板表面制备出条纹相间的超疏水-超亲水混合无泵定向运输轨迹,实验研究了亲水条纹的宽度对液滴运输能力的影响。结果表明:能够使液滴在斜面上向上移动,距离大约为1 mm,但这种运动并不能连续。条纹相间的超疏水-超亲水混合无泵运输功能表面的亲水条纹的宽度越小,液滴向上运动时的倾斜角θ也就越大。这是由于亲水条纹的宽度越小,液滴毛细力越大。(3)楔形无泵定向运输轨迹与条纹相间无泵定向运输轨迹相比,确实提高了液滴抗重力由下向上运输的距离与速度。探究了不同楔形轨迹上运输的最大液滴体积与速度,实验表明,在液滴充足的前提下,楔角越大,液滴体积越大,液滴移动速度越快;比较不同液滴大小和不同通道楔角大小两个影响因素,不同楔角大小对液滴输运速度影响更大;通道楔角α为10°时,3μl液滴最大速度约达500mm/s,通道运输液体最大体积可达8.7μl。这是由于楔角越大,液滴表面张力差越大。(4)采用激光制备出Ra差别为10μm的粗糙度梯度轨迹。实验表明,液滴运动方向为:从低粗糙度区域到高粗糙度区域,与参考文献仿真结果一致。分析液滴运动,在样品轨迹上液滴先以的“蠕动式”前进,后运动接近匀速;增大粗糙度梯度线条数,有利于提高输运液滴的最大体积;就轨迹整体粗糙度而言,轨迹粗糙度越小,越有利于液滴无泵定向运输。这是由于轨迹条数越多,液滴受力越不平衡,表面张力差越大。以上这些都为进一步实现液体在曲线、非平面各种复杂的轨迹上进行快速运输,使其更好的运用在各领域提供了参考价值和指导意见。

关键词： 微细电火花加工   超声平动电极   材料蚀除效率   电极损耗   加工质量  

摘要： 微细电火花加工通过极间放电产生的瞬时高温进行材料蚀除。加工过程中,由于电极与工件之间宏观作用力微弱,因此电极的微细程度可以大幅提升。同时由于不受材料硬度、强度和脆性等物理属性的限制,其对合金材料、复合材料和半导体材料等众多难加工材料仍表现出良好的加工性能。凭借这些技术优势,微细电火花加工技术在军用和民用制造领域发挥着重要的作用。然而,微细电火花加工中存在加工效率低、电极损耗大以及加工质量难以控制等问题,而这些问题与目前所采用的旋转电极加工方式有着一定的关系。通过查阅大量文献,本文提出一种超声平动电极微细电火花加工新方法,并进行了超声平动电极驱动装置的研制。在此基础上,通过仿真和试验相结合的方法,对超声平动电极微细电火花加工特性进行了深入的研究。本文研究工作对于提高微细电火花加工性能和拓展其应用领域具有重要的理论和实际意义。首先,本文基于压电陶瓷逆压电效应设计了双夹心换能器式超声平动电极驱动装置。针对工作模态频率一致性和抗干扰性两方面的设计要求,采用中心复合设计和响应面法建立了设计指标与关键尺寸变量之间的数学模型,并通过遗传算法实现了驱动装置结构尺寸的优化。采用有限元仿真方法对驱动装置进行了动力学特性分析,结果表明所设计驱动装置的对称模态和反对称模态固有频率非常接近,且能够有效避免干扰模态的影响。同时,驱动装置工作频带在500Hz以上,而且在电极夹持位置能够输出较好的圆周轨迹。通过阻抗分析仪和激光位移传感器对驱动装置进行了谐振频率和振幅特性测试,在此基础上完成了超声平动电极微细电火花加工试验平台的搭建。建立了含有放电屑颗粒的超声平动电极微孔加工间隙流场仿真模型,研究了工作液流场分布和放电屑颗粒运动情况。仿真结果表明:超声平动电极条件下底面和侧面间隙流场分布较旋转电极差异较大,工作液流速远大于旋转电极,而且放电屑颗粒从间隙排出孔外的数量和效率得到了很大的提高。通过有限-连续脉冲放电试验,分析了超声平动电极对极间放电稳定性的影响,发现在相同的优化参数组合下,超声平动电极较旋转电极在火花放电个数和放电凹坑分布均匀度方面分别提高了9.4%和18.4%。大深径比微孔加工实验结果表明超声平动电极能够降低短路回退频率和缩短加工时间,而且在减少放电屑粘附和孔壁烧蚀方面具有明显的作用。另外,在相同试验参数下,超声平动电极条件下微型腔铣削加工时间较旋转电极缩短了20%以上。通过建立的超声平动电极表面移动热源模型,研究了电极表面放电点附近温度场分布。解释了超声平动电极能够产生较低表面温度和较小熔融区、热影响区深度的原因,同时分析了加工参数对放电点温度场分布的影响规律。通过单脉冲放电试验分析了阴极表面放电凹坑的滑动情况,发现旋转电极条件下放电凹坑大致呈圆形,而超声平动电极条件下放电凹坑在某一方向上明显被拉长,其放电凹坑最大深度平均值较前者减小了24%。通过阵列微孔加工试验,发现超声平动电极轴向损耗长度和“锥化”区长度与加工微孔个数分别成二次函数和指数函数关系,与旋转电极损耗规律类似。另外,通过分层铣削加工试验发现超声平动电极损耗率受电极尺寸的影响较小,与仿真结果一致。从间隙放电特性的角度研究了电极超声平动对加工表面粗糙度和残余应力的影响机制。试验结果表明:在相同放电能量下,超声平动电极加工时表面粗糙度较小,这与该条件下较均匀单脉冲放电能量和较大的底面放电间隙有直接关系。而且由于极间冷却效果和放电位置均匀性的改善,超声平动电极加工表面残余应力小于旋转电极。建立了微槽铣削加工蚀除深度系数与放电能量、电极直径、扫描速度和铣削距离之间的数学模型,并通过方差分析研究了各因素对蚀除深度系数的影响规律。阵列微结构加工实验结果表明:超声平动电极加工的阵列微孔入口和出口形状精度较好,且直径一致性精度较旋转电极分别提高22.0%和2.8%。另外,超声振动作用能够减少粘性工作液中放电屑的堆积和由此引起的二次放电,有利于提高微表面织构的尺寸一致性。

关键词： 激光加工   激光增材制造   激光制孔   杂志社  

摘要： 选题计划激光加工技术具有高效率、高精度、无机械变形等优势,从航空电子元器件到大型结构件,激光加工都是不可或缺的手段。鉴于此本刊特设专题论坛,诚挚邀请该研究领域专家及科研团队对其研究成果进行论述,展示该领域最新的研究进展。征稿方向激光焊接、激光切割、激光增材制造、激光制孔、激光熔覆……截稿日期1、初稿截止日期为2019年8月30日,请将论文发送到gy@***。2、稿件釆用双盲审,审稿时间为收到稿件起1

关键词： 特种加工  

ISBN: (纸本)9787305202858

摘要： 本书全面介绍了特种加工概述、电火花成形加工技术、电火花线切割加工技术、电化学加工、快速成型加工技术、激光加工技术、等离子体加工技术。全书注重实用性，强调动手操作。作为特种加工技术，其加工过程与传统的机械加工完全不同。

关键词： 激光加工技术   机械制造   技术应用  

摘要： 激光加工技术作为科学技术在工业生产活动开展过程中的延伸,不断拓展了更为广泛的应用范围,同时也在很大程度上促使激光加工技术的优化升级.本文主要通过全面了解激光加工技术的主要概念,分析激光加工技术的特点性质,从而进一步展开机械制造行业的相关使用路径综合论述,最终为更好的总结归纳出今后未来激光加工技术的发展趋势.

关键词： 工程机械制造   激光加工工艺   运用分析  

摘要： 把工程机械作为加工对象的这样一种生态产业在我们国家的经济发展之中占有着非常重要的社会地位,它主要被应用在一些国防的建设、房建的工程等以开发为主要目的行业之中.虽然目前我们国家内部对于整个工程的机械加工还在进行规模的扩充,并且在这样的一个领域之中,我们在全世界的行业地位非常之高,可以说占据了一种极高的行业地位,但我们和整个机械强国之间依然存在着非常大的差距.所以,我们需要在相关领域的科技人员引入国外先进科技的前提之下,进一步深入地对整个国内科技的应用.就其中的范畴来看,整个激光的加工工艺的发展在很大程度上提高了整个机械制造业的科技能力,根据这样一个本文的处理,我们可以更加详细地将对工程机械生产中激光的加工的方法及使用应用到整个流程里面去.

关键词： 惯性微流控器件   激光加工   流量调节阀   循环肿瘤细胞  

摘要： 惯性微流控细胞富集芯片及其装置对于癌症前期防治有着相当重要的意义,但其加工成本高需要精密配套装置操作专业等缺陷限制了该技术的推广,因此开发出低成本无环境使用限制的装置对于早期癌症发现有较大作用。本文以惯性微流控芯片为基础,研制出了低成本无环境限制易于操作的微流控装置,其主要包括如下三个部分内容:（1）利用水平阵列堆叠的方式设计高通量多层薄膜芯片并利用其完成藻种和癌细胞的富集实验。本章设计了一种具有复杂三维流控路径的多层堆叠薄膜芯片,由7个功能层组成,包括1个平行通道层、3个粘合层、2个汇合通道层和1个出口层,其中核心层为平行通道层,该层由12个放射状排列的蛇形通道组成,该芯片采用阵列排布的方式提高通量同时保持一个入口和两个出口的形式,七个功能层堆叠后芯片仍然具有良好的透明度和非常小的厚度。然后利用该装置完成对粒子、青海大扁藻和乳腺癌细胞等颗粒的浓缩,浓缩后可以发现该装置对于这几种颗粒都能达到较好的回收率和较高的浓缩倍数。连续多次使用可以达到更好的效果,在对浓度极低的肿瘤细胞通过多步连环浓缩后浓缩倍数为14倍和回收率能达到80%左右,而样本体积已经成功从15 ml减少到小于1 ml。（2）利用被动调节阀、双入口螺旋芯片以及双孔助推器设计无电力驱动癌细胞分离装置。本章针对低成本微流控器件的即时现场检测需求,设计了一套能够完全依赖于机械结构实现癌细胞分离的微流控分离装置,该装置包含两个部分:复合芯片和双孔助推器。复合芯片包含双入口螺旋结构以及两个被动流量调节阀,为满足芯片流道结构重复使用的目的,探索新加工工艺以及密封方式,经对比最终选择数控机床加工芯片并采用塑封膜实现芯片密封,经粒子实验验证,该形式芯片有较好的分离效果;同时为提供稳定驱动流速,采用被动流量调节阀结构,确定被动调节阀加工工艺并探究PDMS薄膜通孔直径,腔室大小,腔室高度以及是否串联流阻对流量的影响,结果表明该被动阀在压强为100～200 kPa之间有较好的流量稳定效果。进样装置包括双孔助推器、两个注射器（10 ml和60 ml）以及两个15 ml试管,双孔助推器包含两个不同尺寸的助推器,每个助推器都分为三个部分,即助推器腔室,挡板及压簧。结构设计完成后需要研究压簧各参数对于进样压强的影响,以确定匹配复合芯片所需进样压强的压簧参数。最后,测试了该装置对于7μm和20μm粒子分离效果,分离后内出口大粒子回收效率高达95.81%,大粒子纯度高达80.72%,可以表明其对于粒子分离有着较好效果。接着利用该装置对血液中较高浓度掺杂乳腺癌细胞的血样（掺杂10～5个/ml）实现分离操作,分离后收集液中癌细胞收集率为88.75%,纯度为16.48%。同时测试其对于较低浓度掺杂癌细胞的血样（掺杂500个/ml）进行分离实验,经过该装置分离后,回收率达到78.67%,血细胞去除率超过96%。（3）完成小型多功能癌细胞富集仪器设计并验证其对于三种血液样品中癌细胞（MCF-7、PC、Hela细胞）的分离富集性能。首先为仪器方案设计,该仪器主要包含细胞分离功能、富集功能以及清洗功能,采用隔膜气泵作为仪器进样系统的驱动,通过不同尺寸的恒定流阻芯片提供所需液体进样流速,该方式成本低廉且流量较为稳定,采用机加工双入口螺旋芯片分离富集功能单元,为减小仪器体积同时方便使用,采用插拔式试剂盒作为仪器液体盛放装置,各功能都有对应试剂盒;仪器结构部分主要分为三层即电路层、元件层以及试剂盒层,采用锂电池作为电源,通过触屏控制电磁阀控制气路液路通断来实现各个功能。其次为仪器组装和调试,组装后外观尺寸约为190×160×140 mm 3,整机重量仅为2 kg;对样机进行软硬件调试,确定各个功能模块的时序参数,同时调试仪器进样系统的流阻芯片参数选型以及流量稳定性能。最后针对乳腺癌（MCF-7细胞）、子宫颈癌（Hela细胞）以及前列腺癌（PC细胞）,利用该样机对三种掺杂癌细胞的血样（MCF-7、PC、Hela细胞）进行分选与富集,在经过仪器分选后三种癌细胞样品对应红细胞移除率均超过94.5%,三种癌细胞收集口癌细胞的纯度均超过13%,三种癌细胞捕获率均超过87%,可以看出有较好的分离效果。对分离后的收集液继续使用富集功能进行浓缩,三种癌细胞的回收率都超过89%,富集后的收集液的浓度与初始液浓度比值超过2.6倍,富集效果较好。

关键词： 三维曲面共形电子   热成形   激光加工   转印   映射关系  

摘要： 近年来,电子制造技术发展速度,对于电子产品提出的要求也不断提高。为使人与物、物与物以及人与人之间的联系更加紧密,电子器件需要与人和物具有良好的共形性和适配性,而现有的电子器件由于质硬难以变形拉伸的缘故,很难与现实生活中包括人体在内的各种三维曲面共形贴合,一定程度上限制了电子产品的发展。本文基于上述问题,提出了一种基于热成形的三维曲面共形电子制造工艺,该工艺主要包括激光加工电路、电路转印、视觉对准和热成形等步骤。该工艺通过粘接缓冲层将金属电路与热塑性薄膜粘合,利用热塑性薄膜受热软化变形的特点,抽真空得到共形贴合三维曲面的电子器件。为有效评价电子器件的成形效果,本文提出了包括中心偏移角、形貌贴合度和电路褶皱翘曲程度等三种评价参数,并且探究了粘接缓冲层厚度、加热温度、金属电路形状尺寸等因素对成形效果的影响,以优化后的实验参数为准,可以得到中心偏移角<5°、形貌贴合角<10°以及金属电路基本无褶皱翘曲的三维曲面共形电子器件。在保证成形效果的前提下,借助于网格分析法和视觉识别技术,本文通过建立极坐标系确定成形前后金属电路的极径和极角,探究成形前后金属电路极径和极角的映射关系,为实现电子器件准确贴合至三维曲面的特定位置提供方法指导。最后,本文使用该工艺制作了一系列应用,包括连接导线和螺旋天线等,并且对其性能进行了测量验证。本文提出的三维曲面共形电子制造加工工艺,通过引入粘接缓冲层,缓解金属电路和热塑性薄膜之间的性质差异所导致的褶皱脱离。除此以外,借助于视觉对准操作,该工艺能有效保证加工的准确性和可重复性,有望在实际生产过程中大规模应用。而且,该工艺流程简单,加工成本较低,对环境无污染。

关键词： 激光加工设备   NB-IoT   互联网   远程监控  

摘要： 激光加工技术的出现推动了国内工业制造领域的快速发展,使传统的加工工艺发生了重大技术变革。随着物联网技术的日益发展,NB-IoT(窄带物联网)技术也随之被提出,通过“NB-IoT+激光”的技术实现,可以对激光加工设备进行实时的监控,并对激光加工设备运行时的数据进行收集,再对收集的数据进行大数据分析,从而实现对激光加工设备的故障远程实时排除,并为激光加工设备的故障维修提供远程技术支持。本文通过分析我国激光加工设备远程监控功能的不足,进行了以NBiot开发板为核心,利用云服务器转发监控数据与远程控制指令,将电脑端和手机端作为监控终端的激光加工设备远程监控系统的研究,主要研究内容如下:(1)以激光加工设备的典型代表激光打标机为研究对象,分析了其构造和工作原理,以搭载NB-IOT技术的NBiot开发板为硬件平台,在此基础上进行了包括数据采集、传输、存储及应用软件开发的激光加工设备远程监控系统的整体方案设计。(2)在深入分析NBiot开发板4G通信功能及激光打标机PLC控制器串口通信机制基础上,完成了激光打标机工作数据远程采集与传输的数据格式与通信协议的制定,实现了基于云平台的激光设备互联网联入。(3)根据用户在Android移动端和PC端的远程监控应用软件设计需求,进行了本地数据库和数据表的设计,来存储激光加工设备的远程监控数据,设计并开发了包括云端通信、用户管理、激光设备实时监控、激光设备参数远程调整控制、故障反馈处理等功能的实用应用软件。