关键词： 特种加工技术   信息化建设   机制   效果  

摘要： 针对《特种加工技术》的课程特点和教学难点,对《特种加工技术》课程信息化建设机制进行了多方面的研究和探讨,并对课程信息化建设的教学质量和运行效果进行了对比分析,得出了《特种加工技术》课程信息化建设可极大增强学生的学习兴趣、显著提高教学质量和效果的结论。

关键词： 激光直写技术   光驱动器件   光热表面张力效应   超疏水表面  

摘要： 目前,能源短缺已成为世界难题,其引发的问题接踵而至,如何减少执行器的使用或使其不使用能源被越来越多的科研工作者所关注,由此自驱动执行器应运而生。自驱动执行器是执行器自身能够从外界获取能量,将自然界中的能量进行转换后,使自身发生致动。众所周知自然界的能量包括水能,热能,光能等很多种形式。光能又因易获得,安全,绿色环保被尤为重视。利用光能作为驱动能源的执行器我们称之为光驱动执行器。光驱动执行器的致动原理可划分为光化学反应,光热转换,光电转换等。其中光热转换具有现象明显,原理简单的优点而被科研人员广泛研究。光热转换可以让来自于光的能量转变为热能,又因为热量的存在可以使特定的材料产生热膨胀,热传递等现象从而引起表面张力的改变,进而使执行器产生不同的运动等。光能可以通过无接触,可操控并且连续的操作方式直接转换成动能。尽管很多先驱性的工作已经证实了可以通过光照使物体自身的热量发生梯度改变,引起物体的表面张力发生变化,从而可控性的对器件进行操控。但是,难题还是存在的,比如,第一如何将光热转换材料与器件基底进行高效、简单、灵活的结合,第二如何能够设计出具有丰富功能且精巧的执行器。第三当执行器在液体表面进行运动时,流体的表面所带有的粘滞性会产生阻力,严重阻碍执行器的运动,如何减少这些阻力是亟待解决的问题。以上这些难题都严重阻碍了自驱动执行器的进一步深入研究和更加实际化应用的脚步。本研究工作针对以上所提到问题,进行了深入研究。本研究发现了一种简便的一步加工方法来制备可光致动的漂浮器件,这种可漂浮器件具有多功能的表面,这种表面既可以吸收光能,又可以减少水面粘滞性带来的阻力。在这项工作中,我们采用的激光直写技术不仅可以在物体上直写出具有非对称结构的图案,还可以将物体的表面进行改性操作。通过在特定的位置集成多功能的表面或设计非对称结构的方式,制备出三种典型的光驱动执行器,这三种器件可以在光源的照射下快速的进行线性或者旋转运动。这些器件不仅可以利用传统的光源-激光进行致动,还可以使用聚焦太阳光和大范围照射的白炽灯进行驱动。通过对这三种光驱动执行器的研究为解决上述问题提供了切实可行的研究基础,并且此光驱动执行器具有简单、绿色环保且成本低廉的优势。

关键词： 紫外激光   热障涂层   回归模型   改进蚁群算法  

摘要： 针对热障涂层材料非导电、脆性大,无法采用常规电加工和机械加工等问题。本文提出电解液辅助紫外激光加工热障涂层新方法,搭建电解液辅助紫外激光加工热障涂层实验系统;建立基于响应曲面法的加工工艺回归模型,总结了紫外激光加工工艺规律;建立基于改进蚁群算法的工艺优化模型,实验验证优化模型的有效性,高效地找出最优实验方案。在陶瓷涂层关键零部件加工领域中具有重要的意义。本文的主要研究工作如下:首先,提出了一种电解液辅助紫外激光加工热障涂层材料新方法。在一定厚度的电解液层下,紫外激光束聚焦于工件表面,激光振镜实现紫外激光束对热障涂层材料的快速旋切,“双光子吸收”去除热障涂层材料基体,溃灭的空化气泡作用避免已加工的材料二次黏附,达到加工精度要求(±0.05mm),实现热障涂层微孔的无再铸层冷加工。其次,搭建了电解液辅助紫外激光加工热障涂层实验系统。(1)机械伺服控制系统控制工件的加工位置;(2)由扩束镜、反射镜和激光振镜等光学元件组成的紫外激光传输及聚焦系统实现激光束的高精度传输、移动和聚焦;(3)电解液净化系统控制电解液的循环使用,保证加工的一致性和重复精度。最后,设计了电解液辅助紫外激光加工热障涂层回归正交实验,建立了基于响应曲面法的回归方程,总结了电解液辅助紫外激光加工的工艺规律。采用改进蚁群算法,以上下直径差最小为目标函数,上、下长短直径差和上、下加工精度为约束条件,建立了热障涂层加工工艺优化模型,优化工艺参数并实验验证。

关键词： 支架   微纳结构   激光干涉加工   药物涂层  

摘要： 冠状动脉介入治疗是目前治疗冠心病最有效的方法之一,因其微创伤和高效性的优势被人们广泛接受,但术后3-5年不可避免的产生再狭窄,严重危害病人的健康。药物涂层支架的出现则大大延长了再狭窄周期,因此如何将良效的抗凝药物充分地担载到支架表面上成为研究的热点和方向。通过激光干涉加工改造支架表面性质,在支架表面加工出的微纳结构不仅会影响血细胞的细胞活动,而且还可以提高支架载药性能。实验构建了四光束激光干涉加工系统,通过调整激光入射角度,在冠脉支架表面制备出周期分别为5μm、10μm和15μm的分布均匀、有序的凹坑微纳结构。然后分别通过介电泳动和静电喷涂依次将磷酸胆碱和miRNA126担载到具有3种微纳结构的支架和未加工的支架表面。利用扫描电子显微镜可以观察其药物涂层分布的均匀性。并且对比四种药物涂层的载药量和在模拟的血液中的牢固性,实验最终发现支架表面的微纳结构可以提高支架的载药量。并且在三种周期中,10μm周期的支架在综合表现上最为出色。这为今后解决介入性治疗术后再狭窄问题提供了一个的研究方向。

关键词： 工件振动电火花加工   放电间隙   电极直径   加工深度   间隙流场  

摘要： 超声振动电火花复合加工是一种结合超声加工优势和电火花加工优势的复合加工方法,超声振动的引入会改变电火花加工间隙流场的运动和加工屑的排出。本研究的目的是探究工件竖直超声振动对不同放电间隙、不同电极直径和不同加工深度间隙流场运动的影响规律,并分析超声振动引起的流场运动对电火花加工工艺指标的影响。首先理论分析了工件竖直超声振动对电火花放电、加工液流动和加工屑排出的影响。通过理论分析发现:工件竖直超声振动可以增加电火花放电的几率、扩大电火花加工液的耐压范围,同时使加工间隙流场的压力在、、zyx方向上产生反复循环变化,这些都有利于电火花的稳定、持续加工。接着设计出了一套用于装夹在常规电火花成型机床上的工件竖直超声振动装置,基于ANSYS模态仿真确定了与超声谐振系统匹配较佳的工件试样尺寸,并将设计好的超声振动装置安装在EDM450/60NC型电火花数控机床上,进行相关的调试和校验。其次,利用Fluent软件对放电间隙为40μm、55μm、65μm和75μm的工件竖直超声振动电火花加工间隙流场进行仿真,并进行了相应的常规电火花和工件竖直超声振动电火花加工试验。结果发现:放电间隙的缩小会增大间隙流场的流速和压力变化范围、缩短加工屑的排出时间;工件竖直超声振动对电火花的加工效率和加工质量有一定的提升作用,但过大的加工液流速和压力变化范围反而会降低这种提升作用。最后,仿真分析了超声振动对不同电极直径和不同加工深度电火花加工间隙流场流速、压力及加工屑排出的影响,并进行相应的常规电火花和超声电火花加工试验。结果发现:常规电火花加工过程中存在较为明显的面积效应和深度效应,工件附加竖直超声振动引起的加工液往复循环流动可以有效抑制面积效应和深度效应,提升电火花的加工速度和加工精度,同时也会增加电极的损耗量和加工后小孔的尺寸误差。

关键词： 飞秒激光   金属钛   鹅卵石状结构   可逆调谐   微孔阵列   油油混合溶液的分离  

摘要： 飞秒激光仿生微纳加工一直是材料领域较为热门的研究方向,基于飞秒激光自身所具有的极短脉冲、高峰值功率和加工无热影响区等优点,从而广泛取代工艺相对复杂的物理化学方法。本论文将先进的超快飞秒激光微纳加工技术作为加工手段,选取金属钛材料作为加工对象,通过反复实验确定最佳的加工参数,如飞秒激光单脉冲能量、激光扫描速率和扫描间距等,制备出具有特定功能的复杂微纳米结构,包括具有润湿性可调谐功能的三维鹅卵石状TiO结构和具有油油分离功能的超薄微孔钛箔结构。全文主要包括以下两大部分的研究内容:(1)利用飞秒激光一步式诱导方法在金属钛片上制备了三维鹅卵石状锐钛矿型TiO表面,该三级结构由高度约为155μm,底端直径约为205μm的柱状结构、60 nm的条纹结构和1000 nm的纳米颗粒结构共同组成。基于TiO的光催化性,在高温加热和紫外光照两种条件下致使表面Ti—O键和Ti—OH键发生改变,从而实现较为快速地水/油可调谐润湿性。此外,我们还用飞秒激光对钛片的正反两面分别进行了诱导加工,得到了双面超疏水和双面超亲水的TiO表面,并通过晃动实验验证了其良好的动态稳定润湿性能。最后,我们进行了选择性图案化的紫外光照实验,可以实现不同图案处表面润湿性的自由切换。(2)提出了利用飞秒激光微钻孔技术在超薄钛箔表面制备了孔径可控的微孔阵列,系统研究了飞秒激光单脉冲能量对微孔钛箔孔径大小的影响,发现在一定条件下,随着激光脉冲能量的逐渐增加,获得的微孔孔径大小也逐渐增大。通过对微孔钛箔进行低表面能氟化处理,获得了对两种不同有机溶剂呈现较大差异的润湿性,利用我们设计的分离装置,从而实现它们油油混合溶液的分离和收集过程。

关键词： 激光加工   表面染色   钛   加热   二氧化硅  

摘要： 金属表面染色技术无论在工业界还是科研领域都备受关注。这是因为金属染色除了简单装饰之外,越来越多被应用于防伪设计、信息储存等领域。激光金属表面染色技术是基于激光与物质的光热反应使得金属表面生成一层透明氧化物薄膜来产生干涉色彩。激光制备的颜色丰富且牢固,配合高速振镜扫描系统适合制备图形自由精细且色彩丰富的图案,逐渐取代传统的阳极氧化法,大气氧化法等方法。本课题基于Nd:YAG纳秒光纤激光器,针对钛金属表面进行染色研究。从氧化膜呈色机理出发,研究激光金属染色工艺的过程机理,分别探究激光扫描速度、扫描间隔、激光能量密度以及激光重复加工金属表面染色的影响。从激光参数对氧化膜膜厚,表面形貌的影响出发,总结一系列规律,为激光金属染色提供参数参考。为了拓宽激光所能制备的颜色色相,设计了两种辅助后处理方式。基于氧化膜干涉呈色机理,从改性薄膜成分角度出发,使用加热后处理改性激光所制备的氧化薄膜成分,发现经过加热后,宏观颜色发生了改变。通过显微镜观察发现,由于微观层面的颜色上额外的出现了蓝色或黄色区域,从而改变了宏观的颜色。通过分析反射光谱的峰值位置和反射率,证明加热处理改变了原本氧化层的色相,且提高了颜色的明度。加热处理在TiO膜内生成了具有蓝色或黄色的TiO,使得干涉颜色加入吸收色,最终改变色相。从调控干涉厚度的角度出发,使用化学沉积SiO薄膜的后处理方法增加干涉厚度。基于多层薄膜干涉模型,分别进行仿真和实验。结果证明沉积SiO2薄膜增加干涉厚度能够有效的提高色彩的饱和度,并改变色彩的色相。通过计算不同厚度SiO薄膜的色块的CIE坐标发现其色域被大大拓广,证明该方法能够增加所实现的色彩色相。为激光金属表面染色技术提供一种新颖的后处理手段。

关键词： 特种加工   典型方法   应用范围   发展趋势  

摘要： 特种加工是先进制造技术中的重要部分,其在机械加工领域中的作用日益突出.本文将围绕特种加工的技术原理与特点进行概括性介绍,并进一步探讨特种加工技术的应用与发展趋势.

关键词： 机械制造   激光加工技术   应用  

摘要： 随着我国现代科技的不断发展,我国的工业领域发展越来越迅速,在工业生产过程中,机械制造行业的发展尤为迅速,给社会生产生活以及人们的日常生活,都带来了极大的影响.现代科技给机械制造行业的发展提供了良好的技术条件,尤其是近几年来,激光加工技术的发展,提高了机械制造行业的质量和效率,促进了我国机械制造行业的发展.因此,本文就针对机械制造过程中的激光加工技术进行分析,研究激光加工技术在机械制造中的应用,提高机械制造的质量和效率.

关键词： 电火花加工   脉冲放电   高速摄影   等离子体通道   热流耦合  

摘要： 电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，但其放电蚀除过程复杂，目前仍未有一个完整统一的理论体系来揭示放电蚀除机理。本文借助高速摄像机和多物理场仿真软件，对电火花单脉冲放电过程进行了观测及热流耦合仿真研究，分析了放电凹坑的形成过程及放电蚀除机制。　　放电蚀除过程的第一阶段就是极间介质击穿，形成等离子体通道，因此本文首先进行单脉冲放电过程中等离子体通道的观测研究。分析发现，极间介质击穿后通道在3左右完成膨胀，之后通道以稳定直径在极间不断做类圆周运动;放电电流、极间间隙等放电条件对于等离子体通道稳定直径和运动状况有着不同的影响。同时发现，等离子体通道在极间的不断运动时，熔池也随之不断晃动变化。　　为了并进一步探究放电凹坑形成过程及放电蚀除机制，借助激光照明系统滤去等离子体通道发出的强烈可见光，对单脉冲放电过程中的熔池进行拍摄研究。结果表明，材料的蚀除大部分发生在放电开始阶段，小部分发生在放电过程中;放电过程中，熔池内的熔融金属在等离子体通道压力作用下处于不断运动的状态;放电结束后，熔池中的绝大部分熔融金属没有被蚀除，而是又重新凝固了。　　由于放电过程的复杂性，拍摄条件及测量手段等客观因素的限制，有必要借助仿真的方法来进行研究。本文对单脉冲放电过程热流耦合模型建模方法进行了研究。模型将温度场和流场的微分形式场方程进行耦合，考虑了放电蚀除过程中多相共存的情况，建立了更符合实际的单脉冲放电过程的热流耦合模型。本文根据观测实验结果选择了合适的仿真条件以及场边界条件，并对热源模型和压力模型进行合理简化，完成了单脉冲放电过程双电极模型仿真。仿真结果也发现由于等离子体通道的往复运动，熔池呈现左右晃动的状态，放电凹坑形貌变得不规则，放电凹坑深度和直径有两个急速增长阶段，很好的吻合了观测结果。　　综合观测和仿真结果认为，放电开始阶段由于极间压力及温度骤增，电极表面金属及极间溶液骤然气化，发生剧烈的蒸发现象，同时在放电点处造成物理爆炸，部分熔融态金属发生蚀除;放电过程中，等离子体通道的压力使得热流场作用相互促进，引起熔池不断增大，熔融金属不断运动，造成金属液滴从熔池飞出;另外放电过程中熔池内形成了金属气泡，其是放电过程中材料蚀除的另一原因。