关键词： 电火花加工   加工机理   高速摄像   数值模拟  

摘要： 虽然电火花加工技术在现代制造业得到了广泛应用,但目前电火花加工的微观过程仍未完全明确,限制了其进一步应用与发展。近年来,高速摄像技术和数值模拟技术的发展,极大地推动了电火花加工机理相关的研究进展。首先,概述了单次放电过程中的放电通道特性及材料蚀除机理的相关研究成果,重点介绍了放电通道的静态与动态特性以及熔融材料蚀除驱动力的相关研究;接着,简述了连续放电过程情况下的极间环境观测及表面形成过程仿真的研究现状;最后,展望了后续研究方向。

关键词： 激光微纳制造   飞秒激光技术   光学元件精密加工  

摘要： 针对光学元件制造中精度与功能化需求日益提高的现状,本文首先详细探讨了激光加工技术的基本原理,分析了其在光学元件制造中的显著优势。然后对技术的萌芽阶段、发展阶段和突破阶段的研究进展进行了系统梳理,涵盖了激光微纳制造、激光烧蚀、飞秒激光以及激光诱导等离子体沉积与反应沉积等方面的技术。最后探讨了当前技术面临的热影响区最小化、高反射率材料加工难度等挑战,并展望了未来在新材料和新工艺开发中的发展趋势。

关键词： 航空发动机叶片   电火花加工   电极损耗补偿   误差分析  

摘要： 在电火花包络加工航空发动机叶片边缘的过程中,需考虑电极损耗对加工精度的影响。为此分别使用有损耗补偿和无损耗补偿的曲面电极对航发叶片边缘进行电火花修整加工。对包络加工后的叶缘曲面进行拟合,并计算理论叶缘曲面上各点到加工后表面的法向距离。实验结果显示,有电极损耗补偿的叶缘修整加工误差为-24.10~47.63μm。与无电极损耗补偿的加工相比,最大加工误差从162.33μm下降到47.63μm,整体误差分布也有明显降低且更为均匀。通过对比分析叶缘曲面的包络加工效果,验证了补偿方案的有效性。对于补偿精度的影响因素分析,将为后续方案的优化提供依据。

关键词： 激光加工   钛合金   超疏水   润湿性  

摘要： 钛合金具有良好的力学性能和生物相容性,被广泛应用于医疗领域。然而,由于其表面呈现亲水性,在实际应用中难免会出现污染、腐蚀等问题,进而缩短使用寿命。为了进一步增强钛合金的性能,本研究采用皮秒激光加工制备出具有多级微结构的钛合金超疏水表面,研究了激光工艺参数对表面形貌、表面粗糙度以及表面润湿性的影响。实验结果表明:扫描间距分别为20μm、40μm、60μm、80μm和100μm时,表面固体-液体接触占比不同,进而导致表面润湿性的差异;扫描速度分别为100 mm/s、200 mm/s、300 mm/s、400 mm/s和500 mm/s时,表面结构的深度不同,从而产生不同的表面润湿性。在保持激光功率为10.2 W,扫描次数为3次不变的情况下,当扫描间距为60μm且扫描速度为200 mm/s时,成功制备出一种钛合金超疏水表面。该表面具有低粘附性和自清洁性,静态接触角达到(152.71±0.54)°,滚动角为(8.12±0.47)°。该研究不仅为钛合金的表面改性提供了新的技术路径,也为钛合金在生物医学领域的进一步应用和开发奠定了坚实的基础。

关键词： 电火花加工   叠层电极   仿真分析   表面微结构  

摘要： 基于不同材质电极在电火花加工过程中损耗速率的差异,提出了放电蚀除策略,构建了多材质叠层电极电火花加工微结构三维仿真模型,分析了工件表面微结构在加工过程中的形貌演变,为探究电极材质构成、梯度设计提供依据,指导工件表面微结构的成形加工。此外,进行了两种典型表面微结构(Cu、Sn叠层和CuSn叠层)的电火花加工实验,得出实际加工与仿真数据的相对误差分别为6.4%和4.8%,表明仿真模型具有较高的准确度和广泛的通用性。

关键词： 微小孔   电火花加工   超声辅助钻削   无重铸层加工   复合加工  

摘要： 为实现航空发动机叶片气膜孔无重铸层高效精密加工,基于团队研发的电火花-超声钻削复合加工机床研究了电火花-超声振动钻削复合加工工艺,分析了超声振动辅助扩孔加工工艺,开展了重铸层厚度实验和电火花-超声振动钻削复合加工实验。结果表明:使用最优工艺参数加工厚度2 mm的单晶高温合金,加工时间为26 s;对比普通钻削加工,超声振动辅助钻削可去除电火花加工留下的重铸层,使加工效率提高了54.7%、刀具使用寿命提高了43.7%。

关键词： 碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)   气雾介质   电火花加工(EDM)   雾滴作用   边缘损伤区域  

摘要： 碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)作为一种先进复合材料被广泛应用。传统切削加工方法加工CFRP易形成分层、毛刺、裂纹等加工缺陷,且对刀具有较大磨损。而激光加工和水射流加工CFRP易产生热影响区、冲击破坏、阶梯状分层等加工缺陷。作为一种非接触式加工方法,电火花加工(EDM)可以加工任何导电材料,而与工件的强度、硬度以及刚度无关,因此,电火花加工在解决大型CFRP构件难加工方面具有较大的应用潜力。但电火花加工CFRP存在CFRP工件被液态加工介质污染以及CFRP工件尺寸受限等难题。为此,提出在气雾介质中进行CFRP电火花加工,并搭建了基于六自由度串联机器人的电火花加工装置。开展了CFRP的电火花铣削加工实验,揭示了CFRP气雾中电火花加工的雾滴作用机理,验证了CFRP气雾中电火花加工的可行性。对于大型复杂CFRP薄壁结构件的低成本绿色高效加工具有重要意义。

关键词： 激光加工   复合材料   层间结合性能   实验教学  

摘要： 提出基于激光精密加工改善CFRTP/AL复材层间结合性能的方法,并将其引入本科实验教学,设计了多学科交叉的综合实验。基于单因素分析法,探究了激光蚀刻工艺参数对微织构形貌的影响;设计单搭接正交实验,研究了激光功率、激光速度和光斑间距对CFRTP/AL复材层间结合性能的影响;确定了最佳工艺组合,分析了结合界面的失效形貌和失效机理。实验结果表明,激光蚀刻可以有效提高CFRTP/AL复材的层间结合性能。由科研转化的该综合实验不仅可以扩宽学生的认知视野,锻炼创新实践能力,还可以培养其科研思维、探索精神和基本科研能力。

关键词： 超快激光   梯度功率   硬脆材料   裂纹  

摘要： 玻璃等硬脆材料上的微结构应用广泛，然而利用超快激光在硬脆材料上实现高质量微结构加工仍然面临质量和效率不能兼顾的问题。本文研究了利用900飞秒激光在石英玻璃上加工微孔阵列时裂纹产生及扩展机制，并通过激光功率的梯度动态调控，实现了对裂纹产生及扩展的有效控制。研究结果表明，加工过程中裂纹形成和扩展可分为四个阶段：第一阶段孔底熔融物凝固引起微裂纹产生，第二阶段孔底裂纹通过孔壁向外扩展，第三阶段向外扩展的裂纹在孔周形成环形裂纹，第四阶段孔阵列中多个环形裂纹连接形成裂纹网络导致孔阵列加工失效。虽然降低激光功率可抑制裂纹的形成，但是加工效率也随之降低。通过“先低功率后高功率”的梯度功率加工策略可在保证加工效率的同时抑制裂纹的扩展。微孔阵列加工过程中温度的原位测量结果表明：激光吸收率的提高可使最大温度差下降45%；与恒定功率加工相比，梯度功率加工时工件的最大温度差下降了31%、峰值功率最大温度差下降了44%。此外，梯度功率加工抑制裂纹的机制是低功率加工增加表面粗糙度以提高激光吸收率，减少内部热应力，并使孔深发展至一定程度，再切换到高功率加工时可阻止孔底裂纹通过孔壁向外扩展。本文所提出的梯度功率加工策略可广泛适用于硬脆材料上微结构的激光加工。

关键词： 神经网络   灰狼算法   激光加工   青铜金刚石砂轮  

摘要： 精准的去除效率预测对纳秒激光修整青铜金刚石砂轮具有重大意义,以BP神经网络建立激光修整青铜金刚石砂轮工艺参数的预测模型,利用CIGWO算法进行改进。首先,基于BP神经网络模型的拓扑关系,确定出模型的输入层、隐含层及输出层节点数,构建工艺参数与砂轮单位时间去除量之间的映射关系;然后,采用Cricle混沌映射自适应权重灰狼算法对建立的预测模型实现工艺参数寻优;最后,根据反向传播训练结果对比试验测量真实值。结果表明,与传统BP网络模型相比,提出的CIGWO-BP预测算法精度提高了3.32%,真实值与CIGWO-BP预测值的平均相对误差在5.4%以内。综合说明该优化模型为建立激光修整砂轮去除效率的预测提供了一种方式。