关键词： 机械工程  

ISBN: (纸本)9787504665560

摘要： 本报告共设综合报告及电火花成形加工、电火花线切割加工、电化学加工、激光加工、增材制造、微纳设计、微纳设计、微纳封装、微纳米测量与测试9个专题, 涵盖了特种加工与微纳制造的主要领域。

关键词： 电火花加工   诱导烧蚀   机理   铣削   雾化   机械辅助  

摘要： 电火花加工具有加工精度高、不受材料力学性能制约等特点,非常适合难加工金属材料的加工。然而电火花加工能量受制于脉冲电源,导致其加工效率较低。为此,本文提出了电火花诱导烧蚀加工方法(以下简称烧蚀加工),该方法的加工效率较电火花加工可提高几倍、十几倍、甚至更高,为金属材料高效加工开辟了一条全新的途径。首先,发展出一种新颖的电火花放电引燃技术,通过火花放电将金属表面放电区域加热至燃点并形成活化区,借助放电点的分散特性使燃烧点分布更加均匀,获得较高的引燃效率;其次,通入氧气与活化金属发生氧化反应,释放出的热量用于蚀除材料和加热下层金属,加工区域获得的能量大幅度提高,有效提高材料蚀除率;最后,借助电火花放电对烧蚀表面进行修整,清除表面残留的熔融金属。由于该方法已经超越原有的电火花加工技术,需要建立一种全新的加工体系,以研究其机理及工艺规律。本文的主要研究工作如下:(1)研究了烧蚀加工的基本过程,包括引燃、氧化蚀除和放电修整三个阶段。烧蚀加工的单次放电过程同时伴随着材料氧化,所形成的氧化膜具有电阻特性。基于此,建立了烧蚀加工放电等效模型,为分析烧蚀加工机理提供了理论依据。分析了电火花和氧气流在烧蚀加工中的作用。(2)采用自行研制的RC脉冲电源、放电检测系统、进给控制系统以及三维工作试验平台,构建了单脉冲试验系统。研究了烧蚀加工机理:将烧蚀加工微观过程分为放电活化、快速氧化、氧化受阻、氧化扩展、氧化渐止五个阶段;理论证明单次放电中用于加热与熔化材料的能量足以将全部被蚀除材料加热至燃点;试验表明烧蚀加工受制于放电能量,其蚀除坑直径随放电能量变化规律与电火花一致;分析了烧蚀加工存在通道性扩展和传播性扩展两种扩展方式;提出了烧蚀加工中存在放电模式、燃烧模式和燃爆模式三种加工模式。(3)研究了烧蚀加工的可控蚀除特性。提出了基于限制气体的间歇通氧烧蚀加工和基于控制放电脉冲的钛合金单脉冲放电高效烧蚀穿孔加工两种可控实现方式。分析了间歇通氧烧加工的基本原理,以及烧蚀铣削的理论加工速度。搭建了烧蚀铣削专用加工系统,证实了烧蚀铣削加工在材料蚀除率、相对电极损耗和加工表面质量方面的优势,并分析了烧蚀加工极性效应产生的原因。进行了单脉冲高效穿孔机理和试验研究,其加工机理是利用气压分布引导烧蚀的传播性扩展方向,进而沿管壁形成圆周蚀除,最后通过逐层烧蚀的方式形成高效穿孔,成功实现了在10mm厚钛合金板材上单脉冲高效穿孔。研究了采用添加辅助电流抑制钛合金烧蚀及放电加工型腔外围杂散腐蚀的方法。(4)研究了烧蚀加工的持续蚀除特性。提出以气雾介质作为烧蚀加工放电介质进行烧蚀加工的雾化烧蚀加工方法,可同时实现对氧化过程的控制以及加工表面的修整。验证了极间双介质特性,分析了雾化烧蚀加工中放电间隙增大的原因。构建了雾化烧蚀单脉冲放电试验系统,研究了雾化烧蚀加工机理,其微观过程分为引燃阶段、快速氧化阶段和无氧维持阶段三个阶段。搭建了雾化烧蚀加工系统,进行了高深径比小孔雾化烧蚀加工试验,研究了介质雾化对烧蚀加工材料蚀除率、加工表面质量和相对电极损耗的影响,并在模具钢Cr12上实现了深径比为20的小孔加工。(5)提出了机械修整辅助烧蚀加工方法,分析了烧蚀修整加工的机理和技术特点,构建了烧蚀修整加工专用试验设备。研制了基于有效放电概率的烧蚀电极伺服控制系统和基于切削力的机械刀具伺服进给控制系统,提高了材料烧蚀效率,可实现对软化层进行精确的机械蚀除。进行了烧蚀修整加工与烧蚀加工和常规电火花加工的对比试验,研究了放电参数和气体参数等对烧蚀修整加工的影响。

关键词： 激光加工   复合加工   低压射流   小孔形貌   数值模拟  

摘要： 陶瓷材料的激光加工过程中，不可避免地会产生再铸层、热影响区和微裂纹。本文引入了低压射流辅助激光加工技术，这种新型的复合加工技术借助于水射流的动能冲蚀和冷却作用，防止熔融物质形成再铸层，减少残余应力产生的微裂纹。本文针对这种新型加工方法进行了以下研究： 1）首先探讨研究了低压射流辅助激光加工的原理，研究了水射流激光复合加工中水射流对材料作用的机理。根据物理学中的动量守恒定律分析了水射流流速对熔融材料的去除机理，分析了影响水射流激光复合打孔的质量影响因素。 2）以高硬脆难加工材料Al2O3陶瓷为实验材料，进行了低压射流辅助激光打孔的实验研究。通过对比观察与分析复合打孔立体形貌，研究了水射流流速、激光脉冲能量、激光脉冲宽度、激光重复频率和辅助气体压力对陶瓷打孔表面质量的影响，并与同参数下的常规激光打孔相比较，验证了低压射流辅助激光打孔在改善激光加工表面缺陷上的可行性，有望解决激光打孔后加工区存在的再铸层问题，并依靠水射流束的冲刷和冷却作用解决熔渣堆积和热影响区问题。 3）在研究工艺参数对复合打孔表面质量的影响基础上，通过对比观察小孔剖面形貌的变化，研究了工艺参数对复合打孔剖面孔形的影响规律，并且对复合加工中加入水射流对于小孔由柱状孔形向倒锥形变化进行了研究。 4）在水射流激光加工机理的研究基础上，对激光水射流打孔中的能量形式的转化进行了理论研究。同时，对低压射流辅助激光打孔过程进行了数值模拟，分析了小孔演变过程中材料的温度场变化，并且依据温度场的变化研究打孔形状的变化。将不同水射流流速下的小孔孔深和孔径进行体积计算，将数值模拟的数据与同样参数下通过实验测定获得的孔深和孔径计算的小孔体积进行对比分析，研究其中的差异原因。

关键词： 特种加工   电火花微细加工   电火花成形加工  

摘要： 本书共分上、下两册,收录了第15届全国特种加工学术会议录用的论文165篇,全面展示了近年来我国特种加工领域学术理论研究和自主技术创新的成果。上册由综述、电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花微细加工、电弧加工5个部分组成,下册由电化学加工、激光加工、增材制造、超声加工、其他特种加工5个部分组成。本书可供特种加工领域的专家学者、科技人员、管理干部、技术工人及院校师生阅读和参考。每册工本费100元(含邮费)。

关键词： Electrical discharge machining   Hardness   Plasma hardening   Structure   Surface layer  

摘要： Within the framework of this work the study of a hardened surface layer of an item after wire electrical discharge machining was performed. Experimental studies were carried out on steel specimens of 40H13 mark. During the study metallographic and durometric analysis of a treated surface was performed. The changes of a structure formed on hardened surfaces after electrical discharge machining were identified during the work. Results of micro-hardness of a surface layer after electrical discharge machining were presented. © IDOSI Publications, 2014.

关键词： 皮秒激光   激光制孔   镍基单晶合金DD6   重铸层  

摘要： 激光制孔技术以其高效率、高质量和非接触性等优点广泛应用于许多领域。航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔加工是激光制孔的重要应用领域,但是以往主要采用毫秒和纳秒长脉冲激光器,孔壁上无法避免地产生重铸层和微裂纹等热缺陷。随着激光技术的迅速发展,尤其是超短脉冲皮秒激光器的出现,使激光制孔的质量和精度得到显著提高。然而,目前针对皮秒激光加工气膜冷却孔的机理和工艺研究报道非常有限,特别是加工微孔的形貌、质量和效率等方面的系统分析。为了加快皮秒激光制孔技术在航空制造中的工程化应用,对其进行系统化研究具有十分重要的意义。本课题主要针对涡轮叶片使用的材料——镍基单晶合金DD6,采用皮秒激光器,在系统分析皮秒激光对镍基单晶合金DD6的损伤形貌和阈值的基础上,深入研究了多种加工参数与皮秒激光制孔形貌、质量、效率之间的内在联系,系统优化加工参数,同时在优化的加工参数基础上,研究了带热障涂层的镍基单晶合金DD6微孔加工。镍基单晶合金DD6的皮秒激光损伤形貌和阈值的研究表明,皮秒激光加工镍基单晶合金DD6存在非热熔性和热熔性损伤,损伤直径随着能量密度的增加而逐渐增大,其热熔性损伤阈值为0.11J/cm2,加工区域没有产生冠状重铸物、表面熔化溅落物以及侧壁重铸层等典型的熔化重铸物。皮秒激光加工镍基单晶合金DD6微孔的研究表明,皮秒激光加工镍基单晶合金DD6的侧壁上熔化重铸物明显减少,少量重铸物残留在孔壁上,但重铸层中无明显的疏松孔洞和微裂纹,加工质量和精度明显提高。在同轴吹辅助气体氮气时,孔壁上无任何热缺陷且加工效率最快。旋切方式制孔孔径便于控制且圆整度优于多脉冲复制方式制孔。在焦深量与材料厚度接近时,使用较短焦距的透镜和零离焦能减小制孔锥度。优化加工参数后,对含热障涂层的镍基单晶合金DD6微孔加工表明,热障涂层和镍基单晶合金DD6两部分都不存在重铸层和微裂纹等缺陷。热障涂层与粘接层以及粘接层与镍基单晶合金DD6基体之间均没有出现剥离或界面裂纹。

关键词： 数控   特种加工   新型能量   技术改进  

摘要： 数控特种加工技术的出现极大程度上促进了世界工业技术的发展,它相对于传统加工技术利用机械能进行加工的方式不同,是采用电能、光能等新型能量对零件进行精细加工,是目前加工高精度零件的主要方法.本文对目前常用的几种特种加工技术工作原理进行分析,之后探讨数控特种加工技术中电火花加工技术的改进.

关键词： 特种加工技术   基于工作过程   理实一体化教学  

摘要： 提出了基于工作过程《特种加工技术》课程的理实一体化教学新思路及具体实施方案,并通过应用实例证明理实一体化教学相对传统教学方法的优越性。

关键词： 特种加工   模具   应用  

摘要： 金属切削技术可以很好地应对传统的加工材料，但是近年来涌现了很多的特殊的材料，这些材料的硬度和强度很高。金属切削技术已经不能满足新型材料的需求。现在出现的一些特种加工技术比如数控电火花加工和激光的方法解决了这一难题，有效地解决了新材料的加工问题，是一个应对新材料涌现的方法。

关键词： Aluminium composites   Artificial neural networks   Genetic algorithm   Machining   Multi-objective optimization  

摘要： This paper involves the optimization of input process parameters in Electric Discharge Machining of Aluminium hybrid Metal Matrix Composite. Aluminium AlSi10Mg alloy reinforced with 9 %wt. alumina and 3 %wt. graphite particles fabricated through liquid metallurgy route was used for machining. Experiments were conducted in an Electric Discharge Machine and the influence of input process parameters such as Peak current, Pulse-on time and Flushing pressure during machining of aluminium composite was studied. The objective was to obtain a minimum surface roughness with minimum tool wear rate and maximum material removal rate. Multi-objective optimization of the input process parameters was performed by employing Artificial Neural Network and Genetic Algorithm hybrid optimization technique. The results obtained provide a pareto-optimal solution set that offers a set of non-dominated solutions that can be used in a practical situation by a decision maker. © 2014 Published by Faculty of Engineering.