关键词： 光纤激光   板材加工   金属板材   光束质量   激光加工   加工技术   加工企业   制造业  

摘要： 现在，对许多制造业中的难题来说，激光已经是一个可缺少的解决方案。激光器的功率成本在持续下降，工业光器的光束质量在不断改善，光纤激光加工近年来在金板材加工领域受到越来越多的关注，作为一种新兴的激加工技术，由于其对金属板材的穿透力强，其高效率成为户关注的焦点。如何将这项新技术更好的应用到生产实中，不少激光加工企业都进行了积极的尝试和探索。

关键词： femtosecond laser   high-repetition rate laser   laser micro sintering   nano-ripple   tungsten  

摘要： Laser irradiation of dispensed tungsten powder layers with grain sizes smaller than 1 mu m was investigated using high-repetition femtosecond laser systems. Laser processing was performed line by line with repetition rates up to 1 MHz and varying parameters such as laser power, processing speed, number of scans and pressure. In addition to the expected material ablation and melting, novel phenomena such as crystallisation, emergence of ripple structures, extensive agglomeration and the formation of nano-wires will be discussed qualitatively with the help of SEM photographs. Dependence on light pressure, pulse overlap and irradiated energy per unit length will be demonstrated. High-resolution microstructures will be discussed as a first application of innovative laser microsintering technology using high-repetition femtosecond laser pulses. DOI: 10.2961/jlmn.2012.01.0007

关键词： Analysis of variance (ANOVA)   Box-behnken central composite design   Electrical discharge machining (EDM)   Multiwall carbon nanotube   Roughness  

摘要： This work investigates the machining characteristics of American Iron and Steel Institute (AISI) D2 tool steel with copper as a tool electrode during electrical discharge machining (EDM) process. The multi wall carbon nano tube (MWCNT) is mixed with dielectric fluids in EDM process to analyze the surface characteristics of surface roughness. Regression model were developed to predict the surface roughness (SR) in EDM process. In the development of predictive models, machining parameters of pulse current, pulse duration and pulse voltage were considered as model variables. The collection of experimental data adopted Box-Behnken central composite design (CCD). Analysis of variance (ANOVA) and F-test were used to check the validity of regression model and to determine the significant parameter affecting the surface roughness. Later, the AISI D2 tool steel was analyzed and the parameters are optimized using MINITAB software, and regression equation are compared with and without MWCNT used in EDM process. The average 34% of surface finish was improved by using carbon nano tube (CNT) mixed as dielectric fluid. The maximum test errors for regression model using copper electrode are 8.18% for without CNTs and 5.44% for with CNTs. The R ² value of developed empirical model for SR with MWCNTs is 69.45% compared without CNT is 55.4%. The high R ² value indicates that the better the model fits the data. © 2012 Academic Journals.

关键词： 精密制造   电火花成形加工   米尔   立式加工中心   慢走丝线切割机床   电火花成形机   产品设计   激光加工   产品质量保证   诠释  

摘要： GF阿奇夏米尔一直用精密制造带给您精致的生活品质,其完整的产品线和精良的产品质量保证了产品设计的完美再现.在2011年11月16～19日东莞举行的DMP展会上,GF阿奇夏米尔携6台机床参展,参展机床代表了其全部产品线的产品和应用技术,并通过多台机床和应用技术强强联合,以加工iPhone手机保护壳( iCase)为例,展示了GF阿奇夏米尔在精密注塑模具加工上强大的实力,诠释了塑造之美.

关键词： 线电极火花磨削   微孔   放电间隙   电极损耗  

摘要： 利用线电极火花磨削(WEDG)技术加工微细电极。通过电火花加工技术在微靶柱腔上加工直径小于、等于20μm的诊断孔。对影响诊断孔质量的加工参数进行了优化,并探索了不同加工参数所产生的电极损耗以及直径12μm的电极制备。

关键词： 功能性微结构表面   超短脉冲激光   软光刻微复制技术   微结构形貌  

摘要： 元件或器件的小型化制造,尤其是具有特定功能性的微结构元件的高效化、低成本、绿色化加工已经成为现代制造及应用领域的重要发展趋势及研究方向。超短脉冲激光微加工技术,具有加工阈值确定、对材料的热和机械损伤极小、能够避免等离子体效应、可以突破衍射极限、可实现对几乎所有材料的准三维高精度加工等其它方法所无法比拟的优势,已迅速成为一种全新的材料处理方法,并已成功应用到微细结构的高精度加工中。然而,由于超短脉冲激光微加工技术受到设备昂贵、加工效率不高及相应的工艺路线尚不成熟等诸多技术瓶颈的限制,目前该技术在加工功能性微结构表面时难以满足高效、低成本的加工需求。因此,本课题以超短脉冲激光加工微结构及超疏水功能性表面作为基础,同时将软光刻微复制技术引入到该工艺链,从而实现功能性微结构表面的高效、低成本、绿色化的加工目标。本文主要做了以下研究工作:\n 为了研究超短脉冲激光微加工系统的特性,并降低加工成本、提高加工效率,对超短皮秒脉冲激光微加工系统的性能进行了改进。结果表明,衰减器可加快光束偏振响应时间至1.6ms,外接放大器的应用可以使系统的最大输出能量达到14.7W(640kHz),用普克尔盒替代机械开关可将对光束的开、闭时间从毫秒提高到纳秒量级,基频光向倍频光的转化效率可高达72%。此外还搭建了一套超短飞秒脉冲激光微加工系统,实现了闭环控制,系统输出的最大单脉冲能量为2.5mJ,定位精度可达0.1μm。\n 利用加工直径与脉冲强度的函数关系,计算出模具钢、Ti、SiC等材料的破坏阈值。在此基础上,通过改变工艺及策略,研究针对三种材料进行加工时的不同阶段,分别主导的材料去除机制。然后利用得到的微结构特征尺寸的加工策略,在多种材料表面进行微槽及其阵列、大深径比切割、复杂文字等典型结构的加工。\n 基于超短皮秒脉冲激光在模具钢和Ti表面通过“自组织”方式产生微纳双重结构的技术,开发了在大气环境下快速构造超疏水功能性微结构表面的新工艺策略。结果表明,具有双重结构的 Ti和模具钢的表征接触角分别高达160°和156°,滚动角分别为5°和8°,不需要进行任何后处理就具有良好的超疏水功能特性。采用超短皮秒脉冲激光比应用超短飞秒脉冲激光的加工效率提高了百余倍,而且该功能结构具有长时间的稳定性。这为深入系统地研究超短皮秒脉冲激光在材料表面加工功能性微结构的应用提供了理论依据及实验数据。\n 在上述研究工作的基础上,为了实现超疏水功能性微结构表面的批量化、低成本化、高效化、绿色化生产的目标,本课题开发出了将超短皮秒脉冲激光微加工技术与软光刻微复制技术相结合的一种全新的加工工艺链体系。实验结果表明,通过软光刻微复制技术将模具钢和Ti表面的功能性微结构形貌转移到复制品表面后,复制品表面的微结构形貌及功能性与母模基本一致,符合 C-B模型和多层表面微结构的接触角模型。

关键词： 导电陶瓷   单脉冲放电   电火花加工   有限元仿真   神经网络   工艺试验  

摘要： 工程陶瓷碳化硅高瞬时能量密度单脉冲放电加工技术是本课题组新近开发出的一种新的电火花加工方法。该方法主要利用两极间放电通道中的能量对工件进行蚀除,具有加工率高、成本低、对环境无污染等优点。由于此加工技术的材料蚀除机理复杂,其能量利用方式、利用效率等与普通电火花加工有较大的差别,采用普通的电火花加工理论难以对其放电蚀除的本质进行全面的解释。因此,开展工程陶瓷碳化硅高瞬时能量密度单脉冲电火花加工机理的研究工作具有重要的理论意义和实际应用价值。\n 本文采用理论分析与实验相结合的方法开展了导电工程陶瓷碳化硅高瞬时能量密度单脉冲电火花加工工艺方面研究工作,在工艺规律等方面取得了一些创新性的研究成果。\n 设计了导电工程陶瓷碳化硅高瞬时能量密度单脉冲电火花加工的放电实验装置和检测装置,研究了放电电压、电容容量、放电介质、工具电极横截面积以及电极极性对陶瓷工件和工具电极蚀除特性的影响关系,建立了放电能量在陶瓷工件和工具电极之间的分配模型。\n 建立了碳化硅导电工程陶瓷高瞬时能量密度单脉冲电火花加工的温度场模型和应力场模型,对陶瓷工件和工具电极上的温度场和应力场进行了三维数值模拟,给出了放电电压、电容对碳化硅陶瓷上温度场和应力场分布的影响关系,并与实验结果进行对比分析,得到温度场和应力场对陶瓷去除量贡献的作用的经验公式。\n 分别采用RBF神经网络和BP神经网络对所得的试验结果进行训练和仿真,通过两种网络的比较,得出RBF网络仿真具有良好的预测效果。通过仿真,得到RBF神经网络模型及电火花加工工艺参数预测数据库,对接下来本课题组更深入的研究具有指导作用,并对相关的电火花数控机床的研发与使用具有一定的参考作用。

关键词： 三平移激光加工并联机床   ANSYS动态性能   参数优化   运动仿真   几何参数误差模型  

摘要： 并联机床具有结构简单紧凑、刚度好、运动速度快、精度高等优点,是新一代机床的发展趋势之一,也成为当前机床行业的研究热点。激光加工技术具有非接触、无污染、低噪音等特点。因此,结合并联机床与激光加工技术的特点,设计与研究一种三平移激光加工并联机床具有重要的理论研究意义与工程应用价值。\n 针对三平移激光加工并联机床,本文在科技部与江苏省中小企业基金的资助下,主要做了以下工作,其中包括机床机构的选型、整体方案设计、机床工作空间与条件数等性能分析与参数优化、ADAMS运动学仿真验证与机床的ANSYS动态性能分析等。\n 首先,应用并联机构构型方法,分析运动副组成,得到了以平移副作为驱动副的单支链结构。结合平移副在静平台上位置矢量的分布,得到了一系列并联机构构型。通过比较,选择了一种结构对称、安装方便的并联机构作为机床结构,并计算机床的自由度。通过激光系统的介绍与分析比较,选择了Nd:YAG激光器与激光光纤柔性传输这一组合的激光系统,并最终得出三平移激光加工并联机床的整体方案。\n 其次,通过建立并联机床的坐标系统,得到了机床的运动约束方程,并求解了机床的运动学正反解。通过求解机床的雅克比矩阵,得到了机床的奇异位形,进一步分析得到机床动平台的9条轨迹线下的各滑块速度特性曲线。通过求解微分方程,建立了机床的几何参数误差模型。\n 之后,分别应用几何法与边界搜索法对并联机床的工作空间进行了求解与分析;通过求解雅克比矩阵的条件数,得到了机床机构的局部条件指标(LCI)与全局条件指标(GCI);基于工作空间与全局条件指标(GCI),通过BP网络算法建立了目标函数,进而应用遗传算法对机床几何参数进行优化,并获得了满意的参数结果。\n 最后,通过ADAMS软件建立了并联机床的数字化虚拟样机,对两种运动轨迹(立方体与螺旋线),进行了仿真,验证了并联机床的运动学性能。应用ANSYS软件建立机床的有限元模型,分析机床两种姿态下的模态,得到了机床固有频率与模态振型。通过对27组不同几何参数组合下的机床进行模态分析,得到了固有频率与机床几何参数的关系,从而为机床的设计与进一步优化提供了理论基础。\n 本文的工作为三平移激光加工并联机床的设计与运动控制提供了理论依据。同时,为机床的构型、机构参数优化、机床的仿真与性能分析提供了方法,并积累了经验。

关键词： 飞秒激光   工艺参数   表面粗糙度   二氧化硅   加工形貌  

摘要： 由于飞秒激光具备高精度，低热影响区等诸多优势，使得飞秒激光与物质相互作用有着无可比拟的优势，随着技术的愈发成熟，传统的一些微纳机械加工技术将逐渐的被激光技术取代。但是飞秒激光技术还存在许多问题，一是飞秒激光与物质相互作用，加工理论模型较复杂，由于飞秒激光与物质相互作用时间极短，宏观的很多热传导理论已不能满足研究分析。二是如何控制加工形貌，让其满足粗糙度要求。本文从理论和数值模拟对飞秒激光与二氧化硅相互作用进行研究，论文研究内容主要包括:\n 1.对飞秒激光与物质表面相互作用产生的微结构以及飞秒激光与材料相互作用的类型以及机理进行研究，为建立合理的激光烧蚀理论与数值模型打下基础。\n 2.对飞秒激光烧蚀的双温模型进行推导，约化，计算。掌握双温方程的理论数值意义。\n 3.建立飞秒激光与物质相互作用的数学模型。利用一维双温方程数值模拟其相互作用的过程。再通过建立二维双温方程，近一步研究两者相互作用的过程，计算温度，深度以及其他参数的变化关系。\n 4.参考二氧化硅的性质，建立适合其加工特性的数学模型，并且模拟出飞秒激光烧蚀二氧化硅的加工形貌，讨论不同因素对加工形貌的影响。\n 5.考虑扫描速度，激光能量，脉冲数等因素对烧蚀过程的影响，即确定相邻加工形貌的合理搭接。

关键词： 电火花加工   平板电容模型   场致发射   做功能量   电极损耗  

摘要： 对电火花加工（Electricaldischargemachining，简称EDM）的加工机理，特别是对两极间做功能量、电极损耗情况及与加工效率相关的主要影响参数进行深入分析，并深入挖掘EDM技术的应用潜力，有着十分重要的现实意义。本研究主要通过单孔电火花加工单因素对比实验结果、电极和工件表面金相组织变化、以及极间放电参数的统计学分析，从做功能量角度构建了EDM过程的描述模型，并对模型的有效性与适应性进行了实验验证。\n 首先通过对EDM加工过程描述，提出并建立了基于场致发射理论的EDM平板电容模型，并应用本模型进行了极间放电能量变化规律仿真分析。仿真曲线与实测曲线的相似表明所建立的描述模型是有效的。\n 其次，应用所建立的模型分别进行了正极性加工和负极性EDM加工过程中工件表面做功能量大小与能量集中度的研究，研究发现:越小的极间实际放电面积越小和稳态放电电流，工件表面做功能量的集中度越高;工件表面电阻热占总做功能量的比重与稳态电流的大小成正比而与极间实际放电面积的大小成反比;当工具电极与工件材料相同时，正、负极性加工时的做功能量基本相等;实际计算结果进一步表明:加工效率主要取决于被加工材料表面温度距其熔点的当量温度差的大小，且正极性加工时的工件表面温度比材料的当量熔融温度低1000多K。\n 第三、应用所建立的模型进行了负极性EDM加工时电极材料损耗情况研究，且推导得到电极损耗率的理论极大值与极小值计算公式。理论分析与实验分析均发现:表面热熔蚀是电极材料损耗的主要做功形式;煤油介质电离后产生的游离态碳会在电极表面粘附聚集，且这一积碳层对A3#钢材料而言仅为静电吸附，对紫铜电极则在高温下进一步产生化学键合，形成电极表面上牢固的碳保护层;与A3#钢电极相比，在相同的加工工艺参数下紫铜电极的有效放电时间更长，极间放电能量更大，且电极损耗率更低;采用紫铜电极加工时，在保证有效消电离的情况下，极间有效放电时间比越高，加工效率越高，电极的损耗率越低，而相对应积碳层对电极材料的减损率则减小。\n 最后应用所建立的模型进行了正极性EDM加工时电极材料损耗情况研究，且同样推导了电极损耗率的理论极大值与极小值计算公式。同样进行的理论分析与实验分析均发现:此时电极损耗的原因主要是入射电子的溅射能引起的组织结合键断裂，并进而在微放电点区域内产生微片状剥离;极间有效放电时间和放电能量越大，加工效率越高，相应的电极的损耗率也增加，但损耗率的增加程度要远小于加工效率的提高程度;在相同的加工工艺参数下，与A3#钢电极相比，紫铜电极正极性加工时的有效放电时间更长，极间放电能量更大，加工效率也更高，且紫铜电极的正极性加工效率是A3#电极的75倍多;紫铜电极的损耗率比A3#钢电极大的多，且前者是后者的近10倍，但由于紫铜电极具有更高的加工效率比，综合加工能力相比更优良。