关键词： 飞秒激光   异型孔   加工工艺   航空叶片  

摘要： 新型航空发动机性能的好坏主要取决于涡轮叶片上气膜冷却孔的质量和形状，航空涡轮叶片异型孔因其对发动机冷却有较明显的效果，受到航空装备业的广泛关注。目前航空涡轮叶片气膜孔的加工一般采用电火花、电液束流加工，长脉冲激光加工等方式，电火花加工存在较厚的重铸层和严重的微裂纹现象，电液束流加工效率太低，并且孔的形状精度不好，长脉冲激光加工会产生严重的热效应，加工精度很低。我们采用飞秒激光加工异型孔兼备以上加工方式的所有优势，并且无重铸层、无微裂纹、无再结晶、无毛刺，能够达到很高的位置尺寸精度，并能够达到很高的加工效率。 飞秒激光脉冲凭借其自身极短的脉冲持续时间和极强的光场强度等独特的优势，具有与材料低烧蚀阈值、无热效应、无材料选择性等优点。飞秒激光加工技术是超精细冷加工制造工艺的典型代表，也是先进制造技术的新兴方向和发展主流。 本文设计了一套飞秒激光加工新型航空涡轮叶片异型孔的实验装置，采用激光束扫描联动五轴运动平台实现了飞秒激光超精细加工异型孔。研究了飞秒激光与物质作用的机理：飞秒与物质作用是一系列非常复杂的物理过程，非热熔过程占主导地位，飞秒激光脉冲光束在介质中传播时会产生非常强的非线性效应，研究了飞秒激光与金属、电解质和半导体作用的机理。影响激光打孔的因素有很多，不仅激光束的参数如能量、脉冲宽度直接影响打孔，而且激光输出的光束质量和光强脉冲波形对打孔的质量也有很大的影响。分别研究了激光光束质量，激光脉冲宽度，光通量密度，重复频率，离焦量等各种激光加工参数对激光精密打孔的影响。飞秒激光加工工艺是一项很复杂的，任务很艰巨的技术，需要我们不断的进一步优化激光加工参数，提高与完善加工工艺以实现激光超精细加工。

摘要： 随着激光加工技术的不断进步以及工业化生产的不断升级,激光加工领域不断拓宽。精密激光正不断地替代和突破传统制造工艺,发展潜力巨大。目前全球已开发出多种激光加工技术,对于精度和结构复杂的产品,以及设计变化多、数量少的研发样品,可以用激光直接量产,省去模具的使用。比较成熟的激光应用技术包括:激光打标机、激光切割、激光钻孔、激光成形、激光焊接、激光表面处理以及激光划线等。

关键词： SILICON carbide   SCANNING electron microscopy   DIFFERENTIAL thermal analysis   METALLIC composites   ALUMINUM alloys  

摘要： A6061/10% SiC composite has been fabricated by mechanical stir casting process. Fabricated composite has also been characterized through optical microscopy, X-ray diffraction analysis (XRD), scanning electron microscopy analysis (SEM) with energy dispersive X-ray techniques (EDX), and thermogravimetric/differential thermal analysis (TG/DTA). The composite has been experimentally investigated for its machinability using Z-axis numerically controlled (ZNC) electrodischarge machining (EDM) process. The effects of the four process parameters, namely, current, gap voltage, pulse-on time, and pulse-off time are investigated on material removal rate (MRR), tool wear rate (TWR), and surface roughness (SR) by varying one parameter at a time approach. Optical microscopy and SEM analysis revealed the uniform distribution of SiC particles in aluminum matrix phase. XRD investigation corroborated the elemental composition of 6061 Al alloy and reinforcement particles. Thermal analysis shows stability of composite upto 650 degrees C. The machinability characteristics, namely, MRR, TWR, and SR have been interpreted using graphical representations. The study indicates that all the machining parameters affect the machining performance of A6061/10% SiC composite. Optimum machining performance has been realized at the lower setting of current and pulse-on time and the optimum setting of pulse-off time and gap voltage.

关键词： 圆柱电极   电火花加工   高速铣削   切削力   参数优化  

摘要： 基于有限元的平压装置分析及优化拐角高速铣削切削力正交试验研究微细电火花加工圆柱电极的损耗研究利用LS-DYNA的微尺度球面-平面接触模型力

关键词： 高硅铝合金   电火花加工   正交试验   单因素试验   表面性能  

摘要： 高硅铝合金作为理想的航空航天用电子封装材料应用越来与广泛。但是高硅铝合金很脆，普通机械加工很难实现复杂结构的加工，电火花加工不存在宏观作用力，在高硅铝合金复杂结构加工中拥有不可替代的地位，研究高硅铝合金电火花加工对其推广应用具有重大意义。 通过分析超声特性，得知超声振动能够增大材料蚀除量，改善放电状态，增强蚀除材料抛出作用，改善加工表面质量，降低加工表面变质层厚度，增大电极损耗。 通过正负极性对比试验、两种高硅铝合金单因素对比试验、两种电火花加工正交对比试验，研究了高硅铝合电火花加工中极性效应和各参数对加工效果的影响，总结了高硅铝合金电火花加工规律，对比总结了两种电火花加工方式对加工效果影响的异同点。 对比分析了两种电火花加工对表面性能的影响，包括表面粗糙度、表面元素、表面形貌、表面凝固层、表面耐磨性和摩擦系数以及表面显微硬度。结果表明两种电火花加工可以改善表面显微硬度、表面耐磨性以及表面滑动摩擦系数，超声电火花复合加工对表面性能的改善作用更加明显。 通过研究表明，电火花加工以及超声电火花复合加工在高硅铝合金加工领域具有很好的应用前景。

关键词： 会议   南京   江苏   特种加工   中国机械工程学会特种加工分会  

摘要： 中国机械工程学会特种加工分会定于2013年10月在南京召开第15届全国特种加工学术会议,这是我国特种加工领域的一次盛会,会议将展示和交流特种加工领域学术理论和技术创新成果。现在开始征集会议论文,欢迎全国特种加工领域的专家学者、院校师生和科技人员踊跃投寄。

关键词： servo control system   electrical discharge machining   proportional integral derivative   controller tuning   differential evolution  

摘要： PID controller of servo control system maintains the gap between Electrode and workpiece in Electrical Discharge Machining (EDM). Capability of the controller is significant since machining process is a stochastic phenomenon and physical behaviour of the discharge is unpredictable. Therefore, a Proportional Integral Derivative (PID) controller using Differential Evolution (DE) algorithm is designed and applied to an EDM servo actuator system in order to find suitable gain paxameters. Simulation results verify the capabilities and effectiveness of the DE algorithm to search the best configuration of PID gain to maintain the electrode position.

关键词： 会议   南京   江苏   特种加工   中国机械工程学会特种加工分会  

摘要： 中国机械工程学会特种加工分会定于2013年10月在南京召开第15届全国特种加工学术会议,这是我国特种加工领域的一次盛会,会议将展示和交流特种加工领域学术理论和技术创新成果。现在开始征集会议论文欢迎全国特种加工领域的专家学者、院校师生

关键词： 微细电火花   微小孔   阵列孔   单脉冲   连续脉冲   温度场仿真   流场仿真  

摘要： 微小孔和阵列孔加工一直是机械加工领域的难题之一。微细电火花加工技术的非接触式加工、无明显宏观作用力和“以柔克刚”等特点，使其在加工微小孔、阵列孔，尤其在加工难加工材料小孔时具有明显的优势。因此，微小孔和阵列孔的微细电火花加工技术已成为当前微细加工技术研究与应用的热点。 然而在微小孔微细电火花加工过程中也存在着明显的局限性，如工具电极损耗大、放电状态不稳定、加工效率低等问题，阻碍了加工过程的顺利进行。通常采取电极旋转、电极削边、定时抬刀和超声复合加工等辅助策略来改善极间放电状态以降低电极损耗、提高加工效率和加工状态的稳定性。尽管如此，由于电火花放电过程的复杂性和随机性，对放电过程基础理论的研究，特别是对放电过程中材料蚀除过程和电蚀产物排出过程的研究尚存在诸多不足，已成为制约微小孔和阵列孔微细电火花加工技术发展与应用的瓶颈。为此，本文在分析国内外相关文献资料的基础上，对电火花单脉冲、有限次脉冲和连续脉冲放电过程的温度场分布和微小孔、阵列孔微细电火花加工过程的流场分布进行理论分析与实验研究，分析了放电过程中材料的蚀除过程和电蚀产物的排出过程的影响因素，为深入研究微细电火花加工技术提供了理论依据。 单脉冲放电过程是认识和研究电火花放电过程的基础。本文基于热传导理论，对电火花单脉冲放电过程进行温度场研究。通过数值模拟单脉冲放电过程温度场分布，分析了峰值电流和脉宽对温度场分布和放电凹坑尺寸形貌的影响规律，并做相应的实验验证。通过数值模拟相同放电能量条件下单脉冲放电过程温度场分布，分析了不同的峰值电流和脉宽组合对放电凹坑尺寸的影响规律，为提高能量利用效率提供了理论依据。 电火花连续脉冲放电过程可以看作是由无数次单脉冲放电过程重复叠加的结果。然而由于电火花放电过程的复杂性和随机性，很难将单脉冲放电过程的研究结果直接推广至连续脉冲放电过程。为此，在单脉冲放电过程温度场研究的基础上，通过数值模拟有限次脉冲放电过程温度场分布，分析了不同放电位置对后续脉冲放电过程温度场分布和蚀除凹坑的影响规律。根据有限次脉冲放电凹坑的分布情况和极间电场分布情况，确定了连续放电位置的随机分布原则，并依此建立了连续脉冲放电过程的温度场模型。通过数值模拟连续脉冲放电过程温度场分布，仿真了工件表面的动态蚀除过程;分析了单个脉冲放电过程的残留温度场和蚀除凹坑对后续脉冲放电过程温度场分布和蚀除凹坑的影响规律，并做了相应的实验验证。 在微小孔微细电火花加工过程中，通常采用电极削边和定时抬刀等工艺来提高电蚀产物的排出效率以改善加工状态，这些改进措施都与间隙流场密切相关。因此，对微细电火花圆柱电极、削边电极旋转和抬刀加工过程中间隙流场进行了仿真，通过数值模拟间隙流场中速度场分布和电蚀产物的运动规律，分析了在电极旋转加工过程中电极形状差异对加工效率的影响规律、以及在抬刀加工过程中抬刀速度和高度对加工效率的影响规律，并做相应实验验证。 在阵列孔微细电火花加工过程中，工具电极损耗严重、加工效率低、阵列孔一致性差和放电状态不稳定等问题一直限制着阵列孔微细电火花加工技术的快速发展，通常采取微细电火花超声复合加工方法来提高加工效率和放电状态的稳定性，但并没有从理论上合理的解释其作用机制。为此，结合微细电火花超声复合加工阵列孔实验，对阵列孔微细电火花超声复合加工过程间隙流场进行研究，通过数值模拟一个振动周期内间隙流场中电蚀产物的运动规律，分析了超声振动对微细电火花超声复合加工过程中电蚀产物排出过程的作用机制、以及超声的振幅和频率对加工效率的影响规律。 综上所述，本文研究了电火花单脉冲、有限次和连续脉冲放电过程的温度场分布情况，并据此分析和探寻了电火花放电过程中材料的蚀除机理;研究了电火花加工微小孔和阵列孔过程的间隙流场分布情况，并据此分析和优化了电蚀产物的排出过程。上述研究为进一步挖掘微细电火花加工的技术潜能提供了一定的理论依据。

关键词： 干气密封   激光加工   表面织构   SiC   润湿特性  

摘要： 温度降低时密封气膜中所含水汽冷凝析出并吸附于密封表面,影响密封端面气膜的稳定甚至导致密封失效,严重制约了气体密封技术的应用领域。为控制气膜密封中水汽的冷凝吸附,论文开展了激光织构化SiC密封端面润湿特性研究。首先,基于Wenzel模型和Cassie-Baxter模型,建立了织构化SiC表面润湿性理论模型,开展了 SiC表面激光织构化设计与加工的实验研究。结果表明,激光加工功率影响表面化学成分,当激光加工功率小于2.4W时,表面化学组成基本不变,激光加工功率为2.6W时,表面Si含量明显减少。其次,实验对比分析了化学组成以及微凸台和微沟槽几何形貌对于SiC表面润湿特性的影响规律。结果表明,表面化学组成使SiC光滑表面呈现不同的润湿特性,随着表面Si含量的增加接触角减小、亲水性能增强;表面织构对润湿特性影响显著,微凸台的SiC表面静态接触角呈增加的趋势,且对于相同形貌表面,基体材料的疏水性越强接触角增加越明显;各向异性的沟槽织构表面液滴呈现明显的各向异性。然后,实验测定了气流剪切作用下液滴在织构表面上的运动形态,研究了激光织构化表面对液滴运动的影响规律。结果表明,表面织构影响液滴在SiC固体表面的动态吸附特性,激光织构化SiC表面上液滴更易发生铺展,且受气体驱动压力和试件倾斜角度的影响显著;随着试件倾斜角度的增加,液滴被拉伸的长度先增加后减小。最后,开展了含湿气体密封实验,研究了表面形貌对密封表面水汽析出吸附的影响规律。结果表明,含湿气体密封运转过程中,液滴在密封端面的高压侧析出,随着气流的不断作用,液滴在端面上冷凝;开启膜厚较小时,密封端面上局部成膜;微沟槽织构促进液滴沿着槽型方向运动。通过研究,论文提出了激光织构化SiC表面改变固体表面润湿特性从而控制密封端面水汽冷凝吸附的密封端面设计方法,为高压、低温、介质临界相变等极端工况下气体密封端面结构稳定性设计提供依据,对解决干气密封端面冷凝失效、拓展气体密封应用领域具有重要的工程应用意义。