关键词： 激光加工   超短脉冲   皮秒激光器   单片机   工艺试验  

摘要： 目前,激光技术普遍的应用于工业加工领域。激光微织构加工主要使用纳秒级、毫秒级的长脉冲激光,这就不可避免的会带来热影响问题。超短脉冲激光器主要应用于冷消融微加工,其能够在没有热影响的条件下去除材料,从而避免了传统激光加工所引起的一系列负面影响,同时也免去了后续加工步骤。鉴于此,本文开展了皮秒激光加工系统研究。以ARM STM32为控制中心,C++语言来设计相关软件,完成控制系统的开发。首先,从总体功能上介绍了多功能皮秒激光加工设备的应用场合及应用对象。在设计功能上将系统划分为硬件系统、软件系统和强电系统三大模块,并对这三大模块各部分需承担的功能进行分析,同时确定了硬件系统及软件系统的开发工具,完成了完成了硬件系统模块中的三维移动平台、皮秒激光器、光学聚焦系统(包括直臂切割头、扫描振镜及旋切装置)以及控制芯片四大部分的选型。其次,开展了硬件系统设计,主要包含三维平台运动控制模块、激光器参数控制模块、基于SPI串行外部接口通讯模块、USB虚拟串口通信模块、DRM远程管理模块以及红外手持无线遥控模块。接着完成了系统软件功能模块的设计,主要包含串口共享软件程序子模块、三维移动平台移动软件子模块、激光器控制软件子模块、平面激光加工软件子模块和DRM远程管理软件子模块共五大子模块。最后主要使用该设备进行皮秒激光微织构工艺试验的研究。试验材料包括45钢、玻璃及硅片。在这三种材料上进行激光微凹坑及微凹槽相关的工艺试验,探索并总结皮秒激光工艺参数对微织构形貌的影响规律。结果表明,对于45钢,微凹坑的深度及宽度随着电流的增大而增加,微凹槽的深度和宽度随电流的变大先增加后减小,随扫描速度的增加而减小;对于玻璃,微凹槽的深度及宽度随电流的增加先减小后增大,随着扫描速度的增加,深度先增加后减小,宽度随之逐渐变大。

关键词： 微细电火花加工   脉冲电源   信号发生   波形可控   放电间隙  

摘要： 微细电火花加工技术是在传统电火花加工技术的基础上发展出的一个新型加工方法,微细电火花加工具有非接触性、较高的加工精度、放电能量可控等优点,因此微细电火花加工技术在微小深孔加工、形貌复杂零件和高强度、高硬度的难加工材料等特种加工领域有着重要的地位。本文设计出一种微细电火花加工微能可控脉冲电源,该电火花电源与传统电火花电源相比,具有更大的脉冲参数调节范围、更精确的放电间隙状态检测、更稳定的加工过程。针对传统的RC张弛式电火花脉冲电源参数可调范围小,加工参数不可控等问题,本文研制了频率与占空比均可调节的新型微细电火花加工微能脉冲电源。该电源主要分为信号发生模块、MOSFET驱动模块、功率放大模块和间隙检测与控制模块。微细电火花加工微能脉冲电源的主电路模块是整个电源的核心部件,本文采用了理论上可以实现0-1MHz方波信号输出的可编程DDS芯片AD9851作为信号发生电路的脉冲发生器件。为了得到更快的信号传输速度,通过51单片机并行向AD9851传输信号发生程序和发生波形调整控制程序。综合考虑加工电压与响应速度要求,选取N沟道增强型MOS管IRF6775作为功率开关器件。选用MOSFET专用驱动芯片UCC37321对发生脉冲波形进行放大,从而实现控制功率开关管MOSFET的导通与关断。设计相匹配的MOSFET外围电路,用来实现电路隔离、快速驱动和缓冲滤波等功能。利用电压信号与电流信号相结合的方法对加工间隙放电信号进行检测,并及时处理反馈信息同时驱动电机做出进给与回退运动,以此确保加工过程中脉冲电源的正常工作。对所研制的微细电火花电源进行调试,测试0-600KHz和占空比10%-80%时的脉冲波形,其脉冲波形较为稳定,可以满足微细电火花加工需求。并进行电火花加工试验,测试其加工微小凹坑的能力,在相同频率不同占空比的脉冲下进行多组加工试验,通过观测试验结果可知相较于传统电火花电源,其微细加工能力显著提高。本文所设计研究的微细电火花加工电源具有放电频率高,放电脉宽窄,放电能量小以及加工稳定性好、参数可调节等特点。相较于传统电火花电源,更适用于要求表面质量好、加工精度高的微细电火花加工。

关键词： 激光加工技术   机械加工业   应用  

摘要： 在机械加工中应用激光加工技术主要是通过使用高功率的激光光束来对机械零部件进行处理,例如切割、焊接以及打孔等操作,相比传统的加工技术,激光加工技术具有相当大的优势,作为一种发展非常迅速的高科技技术,激光加工在机械加工的过程中起到了很大的作用,本文对激光加工技术在机械加工业中的应用的优势进行阐述,并对机械加工业中激光加工的应用情况和特点进行分析.

关键词： 特种加工   机械加工   工艺突破  

摘要： 随着科学技术的不断进步和发展,人们的生产活动和生产加工水平都有了显著的提升和改善,传统的机械加工方式,已经不能对现代化的生产需求进行满足,同时,随着社会整体的进步和发展,对传统的机械加工手段也提出了更高的要求,传统的机械加工方式已经不能够适应现代化生产的发展脚步.因此,在科学技术大力发展的前提之下,诞生了特种加工这一技术方式,也逐渐的广泛应用到了工艺的加工生产过程中.加工技术指的是在日常生活中,对一些能量进行充分的利用,像化学能和光能,从而对材料进行生产和加工,得到我们所需要的工艺品.本文针对特种加工对机械加工工艺的突破进行了深入的探究,从特种加工的定义入手,交代了特种加工对机械加工工艺产生的影响,并介绍了一些常见的加工技术,为日后特种加工工艺的突破研究提供了一定的理论基础.

关键词： 钛合金小孔   微细电火花加工   复合脉冲电源   伺服控制系统  

摘要： 钛合金是一种高强度,耐腐蚀的材料,其热稳定性较好。钛合金的应用随着航空航天技术的发展也越来越广泛,航空航天领域中的压力容器、骨架、冷却孔均采用钛合金制备。而工业的精密化水平提高,使得钛合金小孔的加工需求日趋增大。微细电火花加工效果与材料硬度无关,适用于难切削材料的加工。但是,钛合金的导热性差,在微细电火花小孔加工时,加工效果有待进一步的提高。本文首先研究了钛合金小孔微细电火花加工的机理,从脉冲能量、放电爆炸力、脉冲间隙等电参数,工作液、工具电极等非电参数以及伺服控制系统等方面分析了对加工效率、电极损耗率及加工质量产生影响的主要因素。然后,针对钛合金材料难去除问题,提出了一种放电爆炸力强、等放电脉冲的复合脉冲电源。根据钛合金小孔加工间隙小、加工环境差异性大的问题,设计了一套微细电火花加工伺服控制系统,包括伺服检测回路、伺服控制器以及上位机控制界面。研究了平均电压控制、模糊控制、经自调节后的模糊控制、以及基于模糊控制在线优化算法对钛合金小孔加工的影响。搭建了用于钛合金小孔加工的微细电火花平台,制作了脉冲电源、伺服控制系统。最终,在该平台上研究了脉冲电源的性能,探究了钛合金小孔的工艺规律,并对比了各种算法的加工效率。通过设计微细电火花加工复合脉冲电源、伺服控制系统,本文构建了钛合金小孔微细电火花加工的加工系统,该加工平台能够提高钛合金小孔的加工效率与表面质量,减小电极损耗。

关键词： 特种加工  

ISBN: (纸本)9787121343537

摘要： 本书系统地介绍了现代加工技术，内容包括切削加工技术、磨粒加工技术、特种加工技术、复合加工技术、微细加工技术、纳米加工技术、绿色加工技术、难加工材料和难加工结构加工技术。本书重点阐述了基于材料去除的各种新加工技术的原理、特点及应用，简要介绍了基于增材和变形的各种新加工技术的原理、特点及应用。内容系统、先进、实用，满足机械工程类本科专业宽口径、创新型人才培养的要求。

关键词： 36MnVS4   光纤激光加工   裂解槽   胀断连杆   激光加工装备  

摘要： 与传统的连杆加工方式相比,胀断连杆加工利用预制裂解槽形成的应力集中,实现连杆毛坯件的快速脆性胀断,无需对接合面和螺栓孔进行配合加工,利用裂解面自然形成的三维结构,即可对连杆体与连杆盖进行精准配合。其具有精度好、工序少、效率高、成本低、节省材料等优点,已成为国内外连杆制造的最主要方式。裂解槽的加工是胀断连杆加工的关键工序,因此精密、高效、稳定的裂解槽加工设备则是胀断连杆技术应用的基础。在裂解槽的加工技术中,激光加工与机械拉削加工及电火花线切割加工相比,激光加工的裂解槽呈窄而尖的形貌,且其加工效率高、精度高、稳定性好,已成为国内外胀断连杆裂解槽加工的发展趋势。目前,国内连杆裂解槽激光加工技术的应用及其装备开发还处于起步阶段,除吉林大学及大族激光开发了连杆裂解槽Nd:YAG激光加工设备外,高端激光加工裂解槽设备基本依靠进口。此外,随着汽车发动机连杆向高质量、轻量化、低成本的方向发展,新开发的合金钢36MnVS4是一款极具代表性的胀断连杆专用材料,其疲劳强度高、切削加工性能好,能大幅实现轻量化,现已被许多欧洲汽车厂家广泛使用,未来具有广阔的应用前景。在国内36Mn VS4材料的研制已取得一定成果,但其应用还处于起步阶段,只有部分汽车厂家使用这种新型材料制造的胀断连杆。目前,国内有关光纤脉冲激光加工36MnVS4连杆的研究尚未见报道。因此开发一款光纤激光加工连杆裂解槽的专用装备,探究光纤脉冲激光加工36Mn VS4连杆裂解槽的加工机制,并对激光加工参数进行优化,以提高胀断连杆的成品率,降低汽车制造成本,对推动光纤激光加工36Mn VS4连杆裂解槽关键技术及装备在国内连杆领域的应用具有重要的意义。本文主要围绕光纤脉冲激光加工36Mn VS4连杆裂解槽装备及工艺开展研究,主要包括以下几个方面:(1)设计开发了汽车发动机连杆裂解槽光纤激光加工专用装备。对激光的入射角进行了优选,采用0°入射角更适合裂解槽的加工,且更节能;对激光头工作路径进行了优化,采用垂直路径及180°自转的方式进行激光头位置和角度的调节,可以更好的避免其他物体对激光加工的干涉,同时可以简化软件编程,便于后期调试及操作;对激光系统(激光器、激光头、导光方式)进行了选型,优选了一套不仅能满足加工要求,且性能优良的激光系统;对机械系统进行了研制,开发了一款定位精准且通用性强的连杆定位夹具,设计了一套强度高、刚度好、精度高的激光头运动结构;根据实际工况,设计了一套结构合理且满足实际需求的集尘系统、气路系统及电气系统。(2)研究36MnVS4连杆材料微观组织结构和力学性能。主要包括EDX能谱分析确定其质量百分比,微观组织观测其金相组成,单向拉伸试验测量其屈服强度、抗拉强度、断裂应力等材料力学参数,SEM观测裂解断面形貌判定其断裂准则为最大主应力准则,SEM观测裂解槽微观形,发现在裂解槽底部及侧面存在气孔、微裂纹及“锯齿状”凹坑等,通过测量确定其热影响区厚度小于100μm,结合加工余量确定最佳裂解槽深度为600μm。(3)应用ABAQUS软件对36MnVS4材料连杆胀断过程进行有限元分析。主要分析了裂解槽附近区域的主应力分布规律,通过裂纹扩展理论确定其裂纹扩展方式为张开型裂纹;通过最大主应力集中点判定得到连杆大头孔中面上裂解槽根部最尖端为连杆胀断时的起裂点;分析了不同槽深h、张角a、曲率半径r对裂解槽根部应力集中的影响规律,分析结果显示,随槽深的增加裂解槽根部应力集中增加,随张角的增加裂解槽根部应力集中减小,随曲率半径的增加裂解槽根部应力集中也减小,且槽深h对应力集中影响最为显著。同时通过有限元分析对裂解槽几何参数进行了优选。(4)对光纤激光加工36Mn VS4连杆裂解槽进行试验研究及工艺参数优化。实验结果表明激光在负离焦时更有利于连杆裂解槽的加工;通过单因素试验,研究了裂解槽深度、宽度、张角、曲率半径随脉冲峰值功率、脉冲宽度、脉冲频率及切割速度的变化规律;通过正交实验对激光加工裂解槽进行参数优化,以裂解槽的深度为优化目标,通过极差分析得到影响裂解槽深度的因子排序为:脉冲宽度>峰值功率>切割速度>脉冲频率;优化后的工艺参数分别为:脉冲宽度为40μs、峰值功率为800W、脉冲频率为900Hz、切割速度为1.4m/min,其加工效率较高,加工的裂解槽深度为591.5μm、宽度为153.4μm、曲率半径为20.1μm、张角为15.6°,可以获得较好的胀断效果。

关键词： 放电加工   深圳市   电火花加工   设备使用  

摘要： 2018年11月17日,由深圳市宝安区职业训练局(城市学院)、深圳市模具技术学会主办,《模具制造》杂志社、深圳市金三维模具有限公司承办的"2018宝安技师(工)沙龙交流活动之电加工设备使用及维护技术研讨会"在深圳市宝安区石岩镇料坑村洲石公路深圳市金三维模具有限公司4楼会议室举行。会议由深圳市模具技术学会秘书长刘成洋先生主持,创维、银宝山新、金三维、鹏准、广聚泰、大乾等企业代表出席会议。

关键词： 特种加工   模具制造  

摘要： 《电加工与模具》是我国特种加工和模具制造领域国内外公开发行的专业性技术刊物,由苏州电加工机床研究所和中国机械工程学会特种加工分会主办。主要报道内容为:特种加工(包括电火花加工、电化学加工、激光加工、增材制造/3D打印、超声加工及其他特种加工)和模具制造领

关键词： 频率选择表面   激光加工   激光参数优化   HFSS电磁仿真   高曲率FSS加工方法  

摘要： 频率选择表面(Frequency Selective Surface,简称FSS)是一种周期性的具有空间滤波特性的频率选择结构。由于其具有特殊的电磁特性,FSS被广泛的应用于飞行器隐身领域,能够使飞行器在复杂电磁场中表现出滤波的作用。在频率选择单元的加工制造方面,尤其是在不可展曲面上加工频率选择单元仍然存在诸多问题。本研究以孔径型十字单元为研究对象,在不可展半球壳曲面通过激光加工的方法来加工FSS,并对加工完成的频率选择单元进行加工质量的分析和加工精度的分析。通过电磁仿真软件HFSS的仿真数据与频率选择单元的测量尺寸对比分析,间接得出其电磁特性的好坏。为了探讨激光加工对频率选择单元加工质量的影响,本研究首先完成了激光伺服加工系统的搭建。在硬件方面,通过对比不同的激光加工方式,最终选用了性价比较高的振镜式激光器为激光加工主设备,并为其配备了伺服加工系统;在自动化控制方面,为了实现激光器和伺服系统的自动化控制,通过算法模型的建立和编程,建立了一套基于C++开发环境的自动控制程序,实现了自动化控制。完成设备的搭建后,在不可展半球壳表面加工孔径型十字频率选择单元。由于本实验使用的实验件尺寸过小,无法对其进行电磁测试。对此,本研究提出运用仿真的手段间接表征其电磁特性。通过对加工单元的尺寸和单元之间周期尺寸的测量,探讨整套系统的激光加工精度,得出尺寸波动范围。通过HFSS软件对单元和FSS分别进行二维平面仿真和雷达散射截面的仿真,结合尺寸波动的范围,得出激光加工的结果对其电磁特性的影响。为了评价单元加工的质量,本研究首次提出运用透光率和畸变率来综合表征单元加工的效果,并通过激光参数化试验,探讨激光加工参数对加工质量的影响,并以此来优化激光加工参数,最终得出最佳的激光加工的参数范围。基于不可展曲面的结构特点,通过比较不同单元层激光加工参数对其影响的大小,得出曲面结构对激光加工参数的影响结果,为一般曲面的加工提供工艺理论基础。最后,在高曲率FSS的加工手段方面,本研究提出了对单元进行分块加工的方法。通过对单元进行分两块、三块、四块的“间隔缝隙”加工和“重叠缝隙”加工,探讨不同的分块激光加工方案对加工单元的加工质量和加工精度的影响,为后期高曲率FSS的加工提供了工艺基础。