关键词： 低速走丝电火花线切割   表面粗糙度   多次切割   材料蚀除率   变质层  

摘要： 电火花线切割利用脉冲放电产生的瞬时高温蚀除材料,与加工材料的硬度没有关系,无宏观切削力,易实现高硬度材料的精密、复杂加工,现己是机械制造领域中无法替代的加工手段。TC4特点包括质量小、强度高、优良的抗腐蚀性和热稳定性好的特点,被广泛应用于航空航天领域,但其热导系数小、弹性模量低,因此传统方法很难对其进行加工。单晶硅作为微电子元器件系统中广泛应用的一种结构材料,多应用于半导体器件、太阳能电池等。单晶硅属于脆性材料,断裂韧性低,机械加工时易产生切向断裂或整体断裂,传统加工方法很难对其实现理想加工。因此,研究单晶硅和钛合金的低速走丝电火花线切割工艺对促进电火花加工技术在微机电系统和航空航天领域中的应用有重要的意义。首先介绍了低速走丝电火花线切割的加工原理,将电火花线切割的放电过程包括四个阶段,即放电通道的形成、放电能量的转换、电蚀物抛出、极间介质冷却;其次,以单晶硅和钛合金为材料进行低速走丝单次切割试验,选取峰值电流、开路电压、脉冲宽度、丝速和丝张力为工艺参数,以表面粗糙度、切缝宽度和材料蚀除率为工艺指标,设计单因素试验和正交试验方案,得出工艺参数对各项工艺指标的影响主次顺序以及参数之间的交互作用。其次,低速走丝线切割机床对常规的材料如钢、铜等有完善的多次切割工艺参数数据库,但对于钛合金和单晶硅材料,国内外现有的电加工机床并没有提供可参考的数据库,因此本文在单次切割得出的工艺规律的基础上,将钛合金和单晶硅的加工分为粗切,半精修和精修,并针对各加工阶段的不同要求,运用遗传算法和PSO算法进行多次切割的不同阶段,包括主切,修切,精修三个阶段的多目标参数优化,同时保证加工效率和表面质量,进行仿真验证。此外,对低速走丝电火花线切割加工钛合金和单晶硅的表面和亚表面质量包括表面变质层的厚度和连续性,表面粗糙度,热影响层以及表面微观组织结构包括裂纹、凹坑、溶滴和微孔等进行分析。最后,探究低速走丝电火花线切割加工复杂曲面的工艺特性,对典型复杂零件如等锥度、上下异形进行编程设计和试验加工,对其加工后的表面形貌进行观测,并运用三维表面轮廓仪测出其表面粗糙度的大小。

关键词： 冷挤压模具   电火花加工   正交试验   有限元分析  

摘要： 作为一种耗能低和耗材少的高效制造方法,冷挤压制造工艺具有精度高和成本低的特点,深受广大零部件加工企业的青睐。转向花键轴是汽车工业中重要的传动零件。在汽车转向系统中用花键联结具有接触面积大、承载能力高、定向性好等优点,而且相对于齿轮,花键齿根较浅、应力不易集中,延长了使用寿命。一般而言,转向花键轴采用不锈钢等金属材料制成,金属材料冷挤压具有如下特点:材料强度高,变形抗力大;金属的冷作硬化敏感性非常高。冷作硬化敏感度和挤压力成正比,如果处理不当,会造成模具损坏;塑性加工的金属微粒很容易粘在模具上,损伤模具和工件表面。冷挤压的模具也应符合以下要求:模具工作部分应有圆角过渡,避免应力集中;工作部分应选用足够强度刚度的制造材料;上下底板间的接触面积应足够大;上下底板应用足够强度厚度的中碳钢制成;模具整体结构应方便拆换。针对冷挤压的这些特点,应采取以下工艺策略:加工前先对金属毛坯作一定热处理,使材料软化便于挤压;用磷化法对毛坯表面作润滑处理;优化模具结构,尽量使用可以分散挤压力的设计方案;选用理想的模具制造材料。本文选用电火花放电来加工冷挤压模具以提高零件的精度。不同于金属切削等加工手段,电火花是一种非接触加工方式,可以不计接触力和材料硬度的影响,在冷挤压模具加工中具有独特的优势。研究电火花加工机理,对于深刻理解其加工过程和工艺参数选择都有重要意义。本文将传统制造业和计算机科学以及统计学相结合。创造性提出用有限元分析来剖析电火花的物理特性,以及用正交试验来选择其各种加工参数。本文的研究工作使模具加工避免了以往的反复试制,通过计算机模拟,各种边界条件和参数得以提前确定,从而大大降低模具制造的经济成本。最终加工出的模具表面粗糙度控制在3μm以内,而且模具的尺寸精度也达到了±0.03mm,较之用切削加工有了很大提高。同样重要的是,该模具一次制造成功,避免了以往反复的试制过程,结果证明了该研究的可行性。

关键词： 特种加工  

摘要： 我国特种加工专家、原全国特种加工学会电解加工专业委员会主任、合肥工业大学教授朱树敏先生,因病不幸于2017年8月10日在苏州去世,享年82岁。

关键词： 激光加工技术   运用现状   发展趋势  

摘要： 随着科学技术的进步以及社会的发展,越来越多先进的技术被运用到了生产活动当中,其中激光加工技术是一种智能化、现代化的加工技术.本文对激光加工技术的运用现状进行了分析,同时就激光加工技术未来的发展做出了相关阐述,以此指导相关工作的开展.

关键词： 微细群孔电火花加工   间隙流场   电极损耗  

摘要： 随着科学研究及工业技术的飞速发展,微细群孔结构零部件得到广泛的应用。微细电火花加工技术由于其无加工机械作用力、可加工难切削导电材料、加工精度高等特点,在微细群孔结构零部件的加工中具有很大的优势。微细群孔的加工精度影响着该类零件的使用效果及工作寿命,而工作液条件及电极损耗是影响微细群孔加工精度的重要因素,因此研究微细群孔电火花的工作液条件及电极损耗具有重要意义。本文首先论述了国内外微细群孔加工的研究现状,分析了微细群孔电火花加工各阶段的加工特点,并利用流体仿真软件建立了间隙流场的仿真模型,对各加工阶段的间隙流场的速度分布情况进行研究。针对间隙流场状态最为复杂的孔加工中间阶段,研究了冲液流量、电极转速和加工深度对间隙流场的速度分布影响规律。基于微细电火花加工系统的结构特点及工作原理,采用块电极磨削及线电极磨削相结合的方法制备出试验所需微细电极。为了选取合理的冲液流量及电极转速,对不同冲液流量及电极转速条件下的微细群孔电火花加工进行实验研究。当冲液流量增大时,被加工孔的孔径一致性及入口形貌质量得到明显改善,且微细孔的加工效率提高、电极损耗降低;当电极转速提高时,放电间隙的排屑能力增强,放电环境得到改善,并提高了微细孔加工的效率。该实验结果与加工间隙流场的仿真分析结论相符。为了选取适合于微细群孔加工的电源加工模式及电参数,在对微细电火花加工使用的多模式微能脉冲电源进行分析的基础上,开展了RC、TC、TR三种电源模式下的电参数加工工艺试验,得出不同电参数对工具电极损耗、加工效率及微细孔的放电间隙的影响规律。根据实验结论,在RC电源模式下,选取低电压及较大电容,能够获得较好的微细孔加工质量。在选取合适的电参数及相关加工参数后,对不同工件厚度及不同工具电极直径条件下的微细群孔电火花加工的电极损耗规律进行研究,得出在工具电极保持不变时,电极的轴向损耗随着加工工件厚度及加工孔数的增加,呈线性增长。根据该规律,对电极的损耗补偿策略进行研究,得出一种每孔均匀补偿的损耗补偿策略。为了验证该策略的有效性,分别以100μm和80μm直径电极进行微细群孔加工实验。

关键词： 特种加工  

ISBN: (纸本)9787512423848

摘要： 本书系统地介绍了现代加工技术，内容主要包括切削加工、磨粒加工、光整加工、电加工、高能束流加工、微细加工、纳米加工、绿色加工、难加工材料加工、难加工结构加工以及加工参数优化与数据库。

关键词： 表面织构   自润滑衬垫   摩擦学性能   激光加工技术  

摘要： 自润滑关节轴承被广泛应用于飞行器等高端设备中,自润滑衬垫也因关节轴承自润滑功能的需求应运而生。自润滑衬垫因摩损失去自润滑能力是关节轴承最主要的失效形式,因此有必要对自润滑衬垫的摩擦学性能进行研究。研究表明表面织构能够有效改善摩擦副的摩擦学性能,因此本文围绕表面织构对45#钢-自润滑衬垫组成摩擦副的摩擦学性能的影响开展了一系列的研究,对提高自润滑衬垫的摩擦学性能有重要意义。本文首先探究了激光织构加工设备中系统参数的设置对45#钢表面织构的加工的影响规律,然后在试件上加工不同参数的表面织构并通过MMU-5G屏显式高温材料端面摩擦磨损试验机评估表面织构对组成平面摩擦副的摩擦磨损性能,探究表面织构的基本参数,包括直径、面积密度、深径比,对平面摩擦副摩擦学性能的影响规律和作用机理。实验结果表明:一定参数的表面织构确实能够有效改善45#钢-自润滑衬垫组成的平面摩擦副的摩擦磨损性能,并且直径为100μm、面积密度为30%、深径比0.1的表面织构使摩擦副的摩擦学性能最优。利用激光加工技术将此参数的表面织构在柱面销轴上加工并与粘有自润滑衬垫的半环组成柱面摩擦副,通过航空自润滑关节轴承服役性能评价试验机对该摩擦副进行摩擦磨损实验,结果表明此参数的表面织构有效改善了摩擦副的摩擦学性能,证明表面织构在曲面摩擦副上依然能够起到减摩耐磨的作用,为表面织构在关节轴承内圈上的实际应用提供依据。

关键词： WC   Ni3Al粘结相   β-Si3N4晶须   激光加工   表面微织构  

摘要： 具有表面微织构的刀具在切削过程中能降低切削温度、减轻冷焊、粘附及扩散等现象,因此非常适用于切削铝合金与钛合金等这类易使刀具发生粘结磨损的工件材料。然而表面微织构刀具对织构的强度要求极高,因此,首先要确保刀具基体材料具备足够的高温硬度、强度和化学稳定性,其次要尽量减少微织构在加工过程中所造成的缺陷。WC-Co类硬质合金是目前应用最多的用于制备表面微织构刀具的基体材料,但是Co的加入会使硬质合金的高温下硬度、耐磨性、耐腐蚀性和化学稳定性下降。因此选用性能更优异的Ni3Al金属间化合物作为WC的粘结相,并采用β-Si3N4晶须对WC-Ni3Al复合材料进行强韧化处理以进一步提高材料综合性能。其次采用在不同介质（水、液氮、冰层）下进行激光加工代替在空气中的加工来提高表面微织构的加工质量。本文首先引入原位自生β-Si3N4晶须对复合材料进行增韧研究,并以WC-6 wt.%Ni3Al-4 wt.%Si3N4复合材料为研究对象。采用两步SPS烧结工艺（1800℃-0min-0MPa→1400℃-10min-30MPa）,由于高温烧结时材料致密度较低,因此无法完成α→β-Si3N4的相转变以及相长大;采用多步SPS烧结工艺（1400℃-2min-30MPa→1800℃-0min-0MPa→1400℃-10min-30MPa）,由于高温烧结时有一定量烧结液相溢出,导致α→β-Si3N4的转变以及相长大缺乏液相条件,因此只有少部分ɑ-Si3N4相完成相转变与相长大;采用SPS烧结与热压烧结相结合工艺（1400℃-2min-30MPa-SPS→1700℃-1h-0MPa-热压）,由于Ni3Al液相与Si3N4相的化学亲和性较差,虽然基本完成α→β-Si3N4的相转变,但相转变产生的β-Si3N4的相并未长大成杆状晶须。基于上述原位自生β-Si3N4晶须可行性难以实现,采用直接加入β-Si3N4晶须对复合材料进行增韧研究,并对WC-6 wt.%Ni3Al-x wt.%Si3N4（x=0,2,4,6,8）复合材料的致密化过程、相组成、显微组织以及力学性能进行分析。发现随着β-Si3N4相的加入及其含量的增加,复合材料的致密度、硬度、断裂韧性和横向断裂强度变化趋势大体相近,均是先减小后增加,其中未添加β-Si3N4相的WC-6 wt.%Ni3Al复合材料具有最好的综合力学性能。而对于添加了β-Si3N4相的复合材料,WC-6 wt.%Ni3Al-6 wt.%Si3N4拥有较好的综合力学性能:维氏硬度（HV10）、断裂韧性（KIc）和横向断裂强度（σbb）分别达到了18.01 GPa、9.26 MPa×m1/2和1423 MPa。对WC-6 wt.%Ni3Al-x wt.%Si3N4（x=0,4,6,8）复合材料表面进行微织构的激光加工及其缺陷抑制研究。研究不同激光功率对表面微织构形貌与性能的影响,发现激光功率为20W时得到的表面微织构具有最大深宽比;研究不同Si3N4含量对表面微织构形貌与性能的影响,发现未添加Si3N4相的复合材料表面的微织构具有最大深宽比;采用在水、液氮以及冰层下进行激光加工代替在空气中的加工来提高表面微织构加工质量,发现在0.5mm冰层下加工得到的表面微织构良好的形貌,且沟槽附近的维氏硬度大于在空气中加工得到的表面微织构附近的维氏硬度。

关键词： 激光加工   透明光学材料   ns激光   ms激光   光学玻璃   激光刻蚀   光刻胶薄膜   组合脉冲激光  

摘要： 本文从理论分析、数值模拟及实验研究方面对ns和ms激光分别和组合辐照透明光学材料作用机理及在激光加工中的应用进行了研究。研究了不同聚焦位置对ns激光与K9玻璃相互作用的影响。根据ns激光聚焦位置的不同,损伤形貌分为位于样品内部的体损伤以及位于样品表面处的面损伤,对应的损伤阈值分别为12.1J/cm2和8.7J/cm2;建立的一维多杂质模型的计算结果表明,多个杂质聚集在一起形成的团簇可引发热协同效应,从而提高了整体团簇的温升;此外,材料最大温升随光斑尺寸的增大而增大,这与实验获得的损伤阈值随焦平面的外移而减小相吻合。利用光刻胶薄膜作为吸收介质,开展了 ns激光对熔融石英(又称熔融石英玻璃)进行多脉冲激光背面干法刻蚀(MP-LIBDE)的研究,分析了激光参数、薄膜厚度、约束环境以及表面改性层对刻蚀特性的影响。结果表明,MP-LIBDE的刻蚀过程分为前期加热、烧蚀物膨胀以及薄膜与熔融石英表面分离、薄膜破裂与烧蚀物喷溅三个阶段;水环境的约束使得刻蚀特性不受薄膜厚度的影响;光刻胶分解产物与熔融石英相互作用形成的表面改性层对实现高质量刻蚀具有重要作用。建立了 ms激光辐照下的二维多杂质模型,对作用过程中的温度场和热应力场进行了计算。结果表明,杂质及其周围产生的高温微腔在激光辐照过程中起到热源的作用;玻璃内部温度分布不均使材料发生不同程度的热膨胀进而引发热应力,x向应力是损伤玻璃的主要因素;玻璃基底后表面的损伤为应力损伤;理论计算和实验结果均表明当激光能量密度足够大时,会形成贯通基底上下表面的损伤通道。提出了一种由ns激光和ms激光构成的组合脉冲激光,研究了脉冲延时和激光能量密度的影响,发现激光作用产生的加工形貌分为小损伤点和锥形小孔两种;当ns激光先于ms激光辐照玻璃时(Δt<0),ns激光在玻璃表面产生的凹痕提高了后续ms激光损伤概率的同时还对能量密度较低区域起到了激光预处理的作用;当ns激光在ms激光作用期间辐照玻璃时(Δt>0),对应的加工效率总是高于Δt<0的组合脉冲激光,且存在一最佳延时使得锥形小孔的加工效率最大,这与材料中缺陷之间的热协同效应、微损伤点之间的聚集效应以及激光支持燃烧波的热辐射效应有关。本文获得的研究结果可为ns激光和ms激光以及其组合激光在加工透明光学材料领域的应用提供参考。

关键词： 航天动力系统   涡轮盘   榫槽   慢走丝   精密加工  

摘要： 以某航天发动机用涡轮盘榫槽的加工为例,针对零件材料特性、结构特点以及技术要求,分析了慢走丝线切割加工工艺在涡轮盘榫槽加工中的应用情况,并与传统加工方法进行对比,总结出了特种加工技术在航天发动机制造中的优势。在研究慢走丝线切割加工工艺特点及工艺规律的基础上,通过试验研究,总结出一套适用的新加工工艺方法及加工参数,给出了实现整盘加工的技术手段。为航空航天发动机用涡轮盘榫槽的精密加工开辟了新思路。