关键词： 激光加工   半导体激光器驱动电源   输出电流动态响应   非电容分压式半桥倍流整流   正激Buck  

摘要： 随着工业加工等领域对高功率激光器需求的日益增长,整个激光市场中半导体激光器(LD)的占有率正逐步扩大。在实际应用中,驱动电源的自身性能直接影响到半导体激光器的工作状态和使用寿命,而且激光加工质量对驱动电源输出电流的动态响应速度提出了全新要求。因此研究开发高功率、多模式稳定输出的半导体激光器驱动电源具有十分重要的现实意义。在深入分析了LD静态伏安特性的基础上,根据多模式工作方式的特定要求,确定了两级式级联拓扑结构的电源方案。其中前级为非电容分压式半桥倍流整流电路,用于整流、隔离和降压,后级采用新型正激Buck变换电流源,以实现输出电流快速动态响应。针对前后两级变换器,分别对电路各个模态的工作原理进行分析。前级拓扑结构能有效解决大电流磁性元件制作等难题,后级拓扑结构电能转换效率较高,而且待机功耗相对较低。分别建立了前后级变换器的数学模型,得出其动态小信号特性。采用Saber仿真软件搭建主电路系统模型并仿真,验证了电源方案的可行性。结合理论分析和仿真结果,针对德国DILAS公司E15.4Y-940.3-960C-VH8.1型LD模块,完成整个电源系统的硬件电路设计与搭建,性能样机满载输出为18V/100A。实验证明,LD驱动电源系统工作性能良好。前级变换器输出电流纹波小于0.02%;后级输出100A电流响应上升时间为1.915?s,下降时间为5.654?s,且连续恒流满载输出时,电能转换效率高达92.6%。实验结果均达到预期目标。

关键词： 三维转写   飞秒激光直写加工   离子束刻蚀   硬质材料  

摘要： 近二十年以来,飞秒激光直写加工技术在聚合物中的应用受到了科研工作者广泛的关注。相较于车削加工等传统制作工艺,该技术无论在加工精度还是加工复杂度上都有着巨大的优势。其加工精度已经远超光学衍射极限,并且可以在聚合物材料中制作出任意的三维复杂结构。这是由聚合物的双光子吸收特性决定的,然而对于硬质材料(例如蓝宝石,硅等),飞秒激光直写技术却很难进行三维结构的加工。本文中提出了一种新的方法,利用离子束刻蚀(IBE)结合飞秒激光加工技术,完成在硬质材料中三维结构的加工转写。这种方法的核心思想是利用飞秒激光加工技术在聚合物中高超的加工工艺,结合离子束刻蚀对加工材料几乎无局限的特性,从而将聚合物三维结构转写到硬质材料中。理论上是可以实现的。为了验证该方法的可行性,试验中使用紫外光刻的方法在聚合物材料中制作出掩模图案,离子束刻蚀之后完成了图案往硬质材料内的转写。在实验上证明了其可行性。随后系统详细的探究了离子束刻蚀的参数影响,包括离子能量、束流密度等,并解决了一系列的实验问题,包括光刻胶碳化、表面粗糙和陡直度等问题。之后根据实验结果,设计并用飞秒激光器加工出三维掩模结构,结合最优参数进行离子束刻蚀。试验最终均在在硅和蓝宝石中转写出预先设计好的三维结构,转写后的结构轮廓维持良好,形貌光滑清晰,达到了预期效果。该转写方法为材料的加工修饰提供了一种新的手段,无论在理论上还是实验上都有效且可行。希望本文中提出的转写方法能够为更多的科研工作者提供新的灵感,并改进和完善这一方法,同时由此产生更多的研究成果。

关键词： 飞秒激光   AZ31镁合金   数值模拟  

摘要： 飞秒激光具有高功率、高精确度、热影响区小等优点,可直接去除表面材料,实现微纳加工,在航空、航天、半导体、生物等材料表面加工领域具有不可替代的优势。然而,在多脉冲飞秒激光的作用下,材料内部可能产生热积累和温升,导致发生相变、氧化、甚至熔化。因此如何优化飞秒加工参数,控制热积累和温升是一个迫切需要解决的问题。本文对飞秒激光加工材料表面的热积累效应进行了论述,并且应用有限差分法,利用MATLAB软件对飞秒激光加工AZ31镁合金表面的热积累效应进行了数值模拟,模拟了不同的扫描速度、激光重复频率、光斑直径、激光能量对加工过程热积累效应的影响,优化激光工艺参数。并且通过对不锈钢加工过程的模拟,与其他的模型进行了对比。考虑与材料相关的热传导系数和热容,利用中心差分法分别模拟了AZ31镁合金在扫描速度为1 m/s、2 m/s、3 m/s、4 m/s下的表面热积累和温度变化。结果表明,扫描速度的提高会使热积累温度会有所降低,在扫描速度为1～3 m/s时,AZ31镁合金表面的热积累温度并没有稳定,当扫描速度为4 m/s时,AZ31镁合金表面的热积累温度在经过10个脉冲的作用后会趋于平衡。扫描速度主要是通过改变光斑重叠率影响加工过程的热积累;此外,分别模拟了AZ31镁合金在激光重复频率为100 kHz、500 kHz、1 MHz、2 MHz下的表面热积累和温度变化。结果表明,激光重复频率的提高使表面热积累温度升高,并且对热积累效应的影响非常大。激光重复频率可以影响光斑重叠率和热传递的时间这两个因素,从而影响加工过程的热积累;对减小光斑直径和提高激光能量这两种提高激光能量密度的方法进行了对比,结果表明,减小光斑直径所产生的热积累效应较弱;最后对不锈钢钢的飞秒加工过程进行模拟,并与其他模型的模拟结果进行了对比,结果表明本文所用模型可以有效的预计飞秒激光加工中的热积累和温度。

关键词： 特种加工技术   需求   发展路径   实现措施  

摘要： 本书面向2030年,系统阐述了我国特种加工技术的发展现状、社会需求、应用前景、研发重点、关键技术及建议的发展路径,提出了未来的发展目标和实现措施。全书共六章,第一章和第二章论述了特种加工技术的重要性及发展现状,分析了特种加工技术的

关键词： 特种加工  

ISBN: (纸本)9787301280171

摘要： 本书全面介绍了特种加工的各种工艺技术原理、方法、设施设备及工程应用。全书分为四篇，分别为热能蚀出、(电)化学能腐蚀、机械能磨蚀、增材制造。

关键词： 特种加工   行为引导式教学法   项目教学  

摘要： 通过对行为引导式教学法的特征进行分析,结合在《特种加工》课程教学过程中遇到的实际问题,找到了能够充分调动学生学习积极性、让学生将脑、心、手同时用于学习、提高学生实践能力、团队合作能力及分析问题、解决问题能力的有效方法,指出了该教学方法的具体应用方式及应用过程中需要注意的问题。

关键词： 电火花   磁场   表面质量   粗糙度   白层  

摘要： 电火花加工是常见的特种加工方法之一,有着切削力小、精度高等优点,但常规的电火花加工技术仍然存在表面质量问题。本文进行静磁场与交变磁场辅助电火花加工的研究,旨在减少加工表面的粗糙度与白层问题。文章首先探究磁场对电火花加工影响的机理。以洛伦兹力不做功为基础,推算出在横向静磁场洛伦兹力作用下放电通道内带电粒子的偏转轨迹,计算结果表明放电脉宽维持过程中电子的轨迹发生了一定量的偏转。采用在线磨削的楔形电极进行实验研究磁场对放电通道的影响,实验结果证明在洛伦兹力作用下,电火花加工的放电通道及放电点会发生偏移,且偏移是从初始位置到另一位置的渐进过程,电蚀坑则出现明显地拉长型畸变。论证了变化磁场可以使放电通道连续地朝不同的方向偏转,并有助于提高加工表面质量。从铁芯结构与材料两方面入手设计交变磁场发生装置,通过Ansoft Maxwell软件对该装置的优化仿真,并搭建磁场辅助下电火花表面加工的实验平台。本文进行了不同磁场参数下电火花表面加工实验,对加工表面的粗糙度与白层进行处理与分析。分析结果表明,较大的磁场强度与较高的磁场频率有助于提高加工表面质量,交变磁场效果更为明显。

关键词： 电火花加工   电弧放电   间隙状态检测   高频检测   自适应  

摘要： 电火花加工技术是特种加工领域的一个重要研究方向,获得了许多国家的重视,并广泛应用于航空航天、医学、微电子器件等方面。但是如何实现稳定和高效的加工一直是人们努力研究的方向。电火花加工间隙状态的检测及伺服控制技术是制约电火花高效稳定加工的重要因素,因此研制出高精度间隙状态检测系统及适应能力强的伺服控制系统对于保障电火花加工性能具有重要的意义。本文基于实验分析了电火花加工中各种间隙状态的特征,研究了电火花加工过程中各种间隙状态下电压、电流和频率变化规律,以此制定了可将间隙状态区分为开路、火花放电、电弧放电、短路、脉间等五种间隙状态的辨识原则:电压高代表开路状态;电压中、频率高则代表火花放电状态,电压中、频率低则代表电弧放电状态;电压为低、电流高则代表短路状态,电压低、电流低则代表脉间状态。进而对间隙状态检测系统中各模块进行了设计,重点对火花放电和电弧放电区分模块进行了设计,搭建了可以准确识别五种间隙状态的新型间隙状态检测系统。对自适应伺服控制系统进行了总体设计。通过对晶体管电源模块、间隙平均电压检测模块和基于ARM的间隙状态概率统计模块进行设计,完成了伺服控制系统的硬件搭建。将电火花加工间隙简化后建立其数学模型,确定了基于增量式PID的控制算法,并开发了上位机控制平台。使用Simulink建立了电火花加工间隙的仿真模型,并通过设定不同的PID参数对间隙的进行了仿真分析,确定了合适的PID参数调节范围。进行了间隙状态检测的实验研究。通过实验验证间隙状态检测系统在RC脉冲电源模式和晶体管电源模式下的准确性,并在各种脉宽的晶体管电源模式下采用间隙状态检测装置进行实验,分析了检测延迟时间和脉宽的关系。通过单因素实验,分析了供电电压、峰值电流、材料对电火花放电状态变化的影响规律。通过实验研究不同PID参数下加工速度与加工深度的关系,确定不同加工深度下的最优PID,制定了自适应PID伺服控制策略,通过实验证明了自适应PID伺服控制系统相比于无PID调节的控制系统能显著提升加工速度。

关键词： 特种加工   会议  

摘要： 全国特种加工学术会议是我国特种加工领域规模最大、影响最广的综合性学术会议,每两年举办一次,它是特种加工领域学术理论和技术创新的阶段性总结,是广大科技人员探索、研究和实践特种加工技术所取得成果的集中展示,也是特种加工领域学术界和产业界相互交流和合作的良好平台。会议的举办对引领学科发展方向、把握行业发展脉搏、促进特种加工技术的创新与进步具有重要意义。

关键词： 电火花加工   伺服控制   液体电极   电极损耗   模糊控制  

摘要： 在微细加工领域，由于电火花加工具有无接触力、没有毛刺、可加工任何硬度材料等优势，因此获得广泛应用。但是传统固体电极电火花加工的同时，工具电极一侧也会有微量的损耗，并且这种损耗是不能精确测量的。此外，为了达到更高的加工精度需要制作直径更细的电极，制作过程工序繁琐，且不能保证电极直径完全一致。为了解决上述难题，本文采用液态金属作为电极，在加工过程中，液态金属可以得到源源不断的补充而外部针头由于采用绝缘材料，不会参与放电，因此可以从根本上杜绝电极损耗。并在液态金属软电极的基础上搭建实验平台，开展了关于液态金属电极加工伺服控制以及加工工艺的研究。　　液体金属源源不断地供给是持续加工的关键，本文对针管内液体流动进行了理论计算与仿真分析。根据雷诺数得知了流体的类型，以牛顿粘性定律为基础计算出了压力与流速的关系，并利用计算机仿真软件进行流体仿真，验证了理论计算的有效性。通过分析液态金属电极加工实验需求，设计了实验总体方案，包括伺服系统、供液系统、脉冲电源系统、放电状态检测系统以及上位机控制系统等，通过对检测电压进行滤波处理并计算放电过程中不同放电时间比例，将该比例作为输入、抬刀高度作为输出设计了模糊控制器完成伺服控制。为了方便操作，采用MFC作为开发工具设计了人机交互界面，实现了运动控制卡的开启关闭、加工参数设置、自动加工以及绘图等功能。为了验证液态金属电极加工效率以及伺服控制系统的有效性，本文完成了多组对比加工实验，包括智能抬刀与手动加工对比、与传统固体电极加工效率、电极损耗对比等，通过扫描电镜观察发现，本文所采用的液体电极加工效率较高，并且电极形态在放电前后没有变化，从根本上消除了电极损耗。