关键词： 电火花加工   极间电阻   硅   进电方式   穿孔   单向导通特性  

摘要： 半导体材料因其独特的物理、电学性能,已成为尖端科学技术中应用最为活跃的先进材料,特别是在航空航天、光学及电子领域中具有十分重要的作用。其中,以晶体硅和晶体锗的应用最为广泛。大多数半导体材料都属于硬脆材料,加工过程中易断裂,导致加工性能极差,传统的加工方法已不能满足其加工工艺要求,如何解决其高效精密加工（如切割、穿孔、成形等）已成为国内外研究的热点难题。本课题采用电火花加工技术对半导体硅进行了放电加工研究,根据半导体材料特有的物理性质和电特性,研究了半导体P型硅材料放电加工过程中的极间电阻特性和单向导通特性,探讨提高其放电加工能力的方法。并在此基础上,通过建立半导体硅电火花穿孔放电加工模型,利用数控电火花穿孔加工实验平台对P型硅进行了电火花穿孔工艺试验。 本文的主要工作: 1、从进电方式方面对半导体硅放电过程中的极间电阻进行了理论和试验研究,分析了极间电阻特性对放电加工的影响,利用试验分别从点、线、面三种进电方式进行了研究,发现面进电是进电效果最好的进电方式,为了改善加工条件,合理的选择了放电加工的进电方式。认识到改善进电方式（例如增大进电有效接触面积）可以减小极间电阻,提高放电电流。 2、通过分析半导体与进电金属材料接触形成的肖特基接触势垒,建立了半导体P型硅的放电穿孔加工原理模型和DR等效电路原理图,从放电通道、进电端接触、放电端接触、体电阻四个模型进行了详细阐述。 3、讨论了PN结和肖特基结的单向导通特性,利用试验研究了半导体硅在放电加工中体现出来的单向导通特性,合理的选择了其放电加工极性。发现正极性加工方式可以提高P型硅的放电加工电流,为提高其放电加工能力奠定了基础。 4、设计了数控电火花穿孔加工实验平台和一套简易实用的穿孔装置,合理的选择了P型硅定位、夹紧、进电方式、加工极性及工作液循环系统,对半导体硅进行了电火花穿孔加工工艺试验,研究了不同工艺参数对穿孔速度和电极损耗的影响规律,随后进行了小孔加工精度和放电加工电流波形研究,为研究其它半导体材料的放电加工和探讨半导体放电加工机理奠定了基础。

关键词： 激光加工   PCB微孔制造   YAG激光打孔设备   有限元仿真   打孔实验  

摘要： 本文首先介绍了高密度PCB材料以及激光打孔技术在国内外的发展情况。通过激光与物质相互作用的过程,分析了整个打孔的机理,并对打孔时产生的等离子效应、小孔效应、PCB材料性能与激光参数之间的关系进行了详尽的阐述。认为YAG固体激光器是PCB微孔加工的最佳选择,并对YAG激光打孔机各个组成系统进行了介绍,同时利用大型有限元分析软件对PCB激光打孔进行了模拟仿真,模拟了整个打孔过程中,并对结果进行了拟合分析。为高密度PCB激光打孔时参数的选择提供了一种模拟方法。通过利用YAG激光对PCB基板的打孔实验所得到的数据,并结合模拟结果,进行了激光打孔工艺分析。确定了激光输出功率、脉冲宽度以及聚焦条件等激光参数对小孔质量的影响。得到了为获得理想的小孔质量,而对激光打孔参数的优化方法,为PCB微孔加工质量的提高提供了参考数据。

关键词： 激光加工技术   农业   机械制造   材料加工技术   先进制造技术   计算机应用   多学科交叉   综合   物质形态   激光物理   数控技术   涉及范围   科技成果   激光技术   工程传热   高能密度   材料技术   CAD技术   智能化   激光束  

摘要： 1.激光加工技术概述激光加工技术是一种高度柔性和智能化的先进加工技术,它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果,技术涉及范围广.激光加工技术是指各种以高能密度激光束为手段,通过激光柬与材料之间的物理和化学等作用,实现改变物质形态或性质的先进材料加工技术、激光加工涉及激光物理、材料、电子、机械和工程传热等多门学科,综合了激光、制造、控制和计算机应用等多项技术,已成为多学科交叉和多技术综合的一种典型的先进制造技术.

关键词： 转向节   有限元   锻造工艺   数控加工   电火花加工   热处理  

摘要： 随着我国经济的快速平稳增长,我国将逐渐走入汽车社会,迎来汽车消费大众化的时代。我国已经是世界上汽车产业发展潜力最大的地区之一,未来几年,中国汽车市场将成为全球汽车市场的主战场。转向节是汽车上的关键零件,它既支撑车体重量,又传递转向力矩和承受前轮刹车制动力矩,因此对其机械性能和外形结构要求严格,是汽车上的重要安全零件之一。该类锻件属于模锻件,研究该类锻件锻模的合理设计和制造工艺对我国汽车工业零部件产业的发展具有重要意义。 本文以JN162重型汽车转向节锻件为研究对象,以PRO/E、SuperForge软件为基础,对该产品的锻造工艺流程进行了模拟分析,并对其热锻模的制造工艺进行了系统研究。论文详细介绍了有限元基本理论有限体积法及其求解过程,为建立数值模拟模型提供了理论依据;对所研究的转向节进行工艺分析,合理选择锻压设备,给出了转向节的锻造工艺流程,并介绍了转向节锻造主要成形模具的结构等内容;介绍了有限元技术基本理论-有限体积法及三维有限元模拟软件SuperForge,建立了汽车转向节挤压成形过程的三维有限元模型,并利用SuperForge软件对汽车转向节热模锻成形工艺进行系统分析,模拟研究其成形过程中的制坯、终锻过程,得到成形过程中金属的流动规律,以及等效应力、应变分布情况及行程—载荷曲线,做出了合理的模具设计;介绍了JN162锻模的制造工艺,对JN162挤压模的数控加工工艺、电火花加工工艺和热处理工艺分别进行了分析,选择合理的加工参数,制定出了合理的工艺流程;对比了数控加工和电火花加工的技术经济指标,分析了模具堆焊翻新的工艺,为转向节锻模制造提高效率和降低成本提供一条行之有效的途径。

关键词： 深微孔电火花加工   工艺规律   流体动力学   加工过程控制   质量评定  

摘要： 深微孔被广泛应用在航空航天、能源动力、运载、医疗等重要行业的核心装备的关键零件中,由于其直径小、深径比大且工件多为难加工材料,深微孔的高效稳定加工成为目前加工领域的一个难点。电火花加工因具有无宏观作用力、不受材料机械性能影响以及工具电极制备方便等优点而成为深微孔加工的一种方法。但是由于深微孔电火花加工具有放电能量微、脉冲电源频率高、放电间隙小、波形畸变严重以及放电碎屑多而小等特性,决定了其加工过程仍然存在一些问题如：放电碎屑排出困难、放电状态难于准确辨识、加工过程难于稳定控制、加工系统精度提高困难、加工过程的工艺规律复杂、加工效率低等,亟待突破和解决。本论文针对上述多项关键性技术问题,即：深微孔间隙碎屑有效排出方法、高精度高灵敏度深微孔电火花加工系统的开发、放电状态实时检测方法和加工过程智能控制策略的研究与应用、深微孔电火花加工工艺规律的研究以及深微孔质量评定等工作展开研究。 以放电碎屑的有效排出为目标采用流体动力学方法进行了间隙碎屑排除机理研究。首先,采用扫描电镜对碎屑颗粒形貌进行了观测,观测结果指出去离子水工作液中产生的碎屑颗粒大部分为球形。其次,选择激光粒度仪对碎屑颗粒的尺寸进行了测量,通过对测量结果—颗粒尺寸分布直方图的拟合,得到了碎屑颗粒尺寸符合Weibull分布。最后,采用Weibull函数描述碎屑颗粒建立了碎屑运动仿真的流体动力学分析模型,并对电极旋转、电极旋转振动、工件振动、电极旋转工件振动四种方式的碎屑排出情况进行了计算,计算结果指出电极旋转工件振动的方式更容易促进间隙碎屑的排出。 根据深微孔电火花加工对电极进给的高精度和高灵敏度要求,构建了基于直线电机驱动的深微孔电火花加工伺服进给系统;根据流体动力学分析的结果设计了由电主轴和压电陶瓷组成的旋振机构以辅助加工过程排屑;为降低深微孔电火花加工电极损耗对加工效率的影响,选择长度30cm的冷拉金属丝为电极并配备相应的导向装置进行连续加工;为减少加工过程杂散电容的干扰选择大理石材料为基座,最后整合上述机构构建了一台深微孔电火花加工装置。该加工装置的控制系统硬件采用工业控制计算机搭载PCI1714数据采集卡和PMAC多轴运动控制卡;软件系统利用VC++语言在Windows平台上设计开发,集成了数据采集、脉冲电源控制、机床运动控制、机床状态显示等功能。 围绕深微孔电火花加工的高效高稳定性控制,提出了两阶模糊逻辑深微孔电火花加工控制方法。根据深微孔电火花加工的特点建立了单点放电状态判别规则,第一阶模糊逻辑通过建立的规则对采样点的放电状态进行分类,然后统计一个计算周期内各种放电状态的数量,从而得到每个计算周期的放电状态;第二阶模糊逻辑以前一阶得到的周期放电状态作为输入推理出伺服进给策略。基于此方法设计了深微孔电火花加工的双闭环控制系统,建立了深微孔电火花加工模糊控制器。为提高深微孔电火花加工模糊控制质量,采用加工过程中采集到的数据作为训练数据,利用神经网络结合BP算法对两阶模糊逻辑隶属度函数进行了优化。 针对深微孔加工过程复杂、工艺规律不明显的特点采用非电参数和电参数分开的原则对工艺规律进行研究。对于非电参数—工作液的合理选择问题,采用大量的加工试验研究了适宜不同工件材料加工的最佳工作液;针对非电参数—电极材料的选择问题,首先通过电蚀产物的化学成分分析确定不同电极材料和工件材料之间的损耗比,然后结合加工效率试验确定了加工不同材料工件时的最佳电极材料;最后,在电极材料和工件材料为最优配对的情况下选用最适宜的工作液通过正交试验研究了电参数对加工效率、电极损耗和放电间隙的影响规律。 最后,结合本文第二章提出的排屑方式、在第三章设计的加工系统上、采用第四章提出的放电状态检测和加工过程控制方法、以第五章得到的工艺规律为指导进行了深微孔电火花加工试验。试验成功地加工出平均深径比为10.71,21.2和23.25的三个微孔,且加工过程稳定。试验结果同时显示加工的深微孔存在一定锥度,因此为了控制加工误差提高深微孔电火花加工的质量,进行了深微孔圆度和圆柱度评定的研究。根据深微孔直径小直接测量难的问题,提出了基于数字显微图像处理技术的圆度、圆柱度评定方法,测量结果的误差分析指出本文提出的圆度评定和圆柱度评定的最大测量相对误差分别为11.98%和9.07%。 本文设计的深微孔电火花加工系统可以稳定获得直径尺寸为0.1～0.5mm、深径比大于10的深微孔,说明基于放电碎屑有效排除方法建立的加工系统是有效的;证明了提出的加工过程智能控制方法适于深微孔电火花加工,通过工艺规律优化对于提高深微孔电火花加工的效率也是一种非常有效的手段。

关键词： 微细电火花   微孔   深径比   流体   表面张力  

摘要： 微细电火花加工技术作为非接触式精微制造方法之一,在制造业中得到了广泛应用。然而,采用该方法加工较大深径比的微孔时仍面临着许多挑战。目前,造成微孔深径比有限的机理尚不完全明确,也缺乏对微细电火花加工微孔的深径比理论模型,其装备的研制也是大深径比微孔研究的关键技术之一 针对上述问题,本文在已有一套卧式微细电火花加工装置的基础上,又研制了一套立式微细电火花加工装置,开发了主要由手动模块、探测模块、主轴旋转模块、显示模块、数据保存模块、伺服控制模块等功能模块组成的控制系统,并在此基础上重点研究了微细电火花加工微孔时的深径比理论模型。 本文通过实验观察和分析认为,电火花加工微孔时孔内混有加工屑的工作液是随着加工时所产生的气泡从加工间隙内排出的,且随着加工深度的增加,即当微孔深径比达到某个值后,由于加工间隙内流体介质的粘性阻力增加,孔内气泡排出难度增大,非正常放电状态增多,电极损耗加快,致使加工速度明显减小直至趋近于零,从而难以获得较大深径比的微孔。为了从理论上揭示这一加工过程,并且定量描述各种因素对微孔深径比的影响,从而优化大深径比微孔加工,提高微孔加工的深径比。本文基于狭小放电间隙内微观流体的运动特性和表面张力的理论,建立了电火花加工微孔的深径比理论模型。 通过去离子水和油两种情况下进行了微孔加工实验研究,证明了理论模型的合理性,微孔加工的理论计算值与实际测量结果基本一致,为微孔电火花加工的研究奠定了理论基础,也为进一步优化加工参数,提高微孔加工深径比和加工效率提供了依据。理论模型的计算误差可能是由于忽略了微孔内加工屑,温度变化以及电极旋转等因素对工作液运动的影响所致,有待后续工作进一步深入研究。

关键词： 整体构件   三元流闭式叶轮   组合电加工   电解加工   电火花加工   数字化  

摘要： 现代机械产品正朝着集成化、小型化、轻量化、高性能化的方向迅速发展,为达到产品减重、增效、节能、减排、延寿、且更加安全可靠之目的,采用整体构件设计已成为重要技术措施。其中,三元流叶轮、包括三元流闭式叶轮更具上述优点,已开始在航空航天发动机、以及舰艇、核能、采矿、石油化工等领域使用的先进透平机械中得到越来越多的应用。但是,三元流闭式叶轮结构非常复杂、加工可达性差,且有的材料还很难切削,对其整体制造(不是分体制造)又成为当今世界先进制造领域中正在力求解决、但还没有解决好的技术难题。本文针对三元流闭式叶轮上复杂弯扭型腔(叶间流道)的加工难点,提出并实施了组合电加工技术方案,并应用数字化技术,优质、高效、快速响应地解决了三元流闭式叶轮整体加工的工艺难题。 首先,论文在已有的典型整体构件组合电加工技术的基础上,提出了适合于复杂三元流道的组合电加工工艺方案;建立了三元流闭式叶轮的数字化模型,分析其结构特点及加工难点,制定了分区域、多电极、多工序的组合电加工工艺路线。 其次,论文重点研究了三元流道的数控电解预加工、及随后数控电火花精密加工的组合电加工工艺的若干关键技术,包括三元流道电加工成形规律,加工区域的划分,对应多个近成形工具阴极、电极的设计制造,电解、电火花加工专用工装夹具设计制造,加工工序安排及工序余量分布,工序间数控程序的协调,以及材料电加工特性等,都进行了系统研究并逐一解决。数字化技术是实施组合电加工工艺的技术主线,其核心为数字化建模与加工过程模拟仿真。本文在整个设计和工艺流程中充分利用数字化技术,采用统一的工艺基准和数据传递,在UG软件平台上通过二次开发,建立了统一的数字化仿真模型,实现工具阴极、电极及工装夹具的动态装配,并对电解加工及电火花加工过程进行仿真,从而实现工具阴极、电极以及加工数控轨迹的快速修正,大大提高了工艺设计效率,减少了试验工作量。 最后,在以上理论及试验研究的基础上,受工厂委托,试制加工了修理某进口新型压缩机急需的三元流闭式叶轮;通过工艺试验和实际试制加工,对工艺参数选择、夹具安装定位、电极精确对刀、加工结果的数字化检测及数据处理等关键问题进行了分析研究,提出了解决方案;最终试制加工的三元流闭式叶轮经几何测量和工程性能检测,完全符合设计要求,已在工程现场装机使用,至今已正常运转半年多,未出现问题。

关键词： Titanium  

摘要： A new strategy with bone tissue engineering by mesenchymal stem cell transplantation on titanium implant has been drawn attention. The surface scaffold properties of titanium surface play an important role in bone regenerative potential of cells. The surface topography and chemistry are postulated to be two major factors increasing the scaffold properties of titanium implants. This study aimed to evaluate the osteogenic gene expression of mesenchymal stem cells on titanium processed by wire-type electric discharge machining. Some amount of roughness and distinctive irregular features was observed on titanium processed by wire-type electric discharge machining. The thickness of suboxide layer was concomitantly grown during the processing. Since the thickness of oxide film and micro-topography allowed an improvement of mRNA expression of cells, titanium processed by wire-type electric discharge machining is a promising candidate for mesenchymal stem cell based functional restoration of implants. © Tamaki et al.

关键词： 机械加工技术   精密加工   特种加工   超精密加工  

摘要： 现阶段,国际上产业结构的调整使得各个行业不断融合和协调发展。机械加工技术作为制造业的根本和基础,其发展水平对于制造业的发展有着直接的决定性影响。对精密加工、特种加工、超精密加工、纳米加工等作为现代机械加工中的先进技术的研究,可以有效的提高现代机械技工技术的水平。

关键词： 连杆裂解   裂解槽   激光加工   数值模拟   参数优化  

摘要： 随着现代汽车工业的飞速发展,发动机连杆裂解技术已有逐步替代传统连杆加工方式的趋势。连杆裂解技术是国际上最新的连杆加工技术,具有加工工序少,减少设备投资;材料损耗少,节材节能;产品质量高,提高连杆承载能力等诸多优点。其关键技术包括连杆裂解槽加工、连杆定向裂解、定扭矩装配螺栓。但国内并无同类设备,对于小型连杆生产企业,花费巨额资金进口设备改造传统连杆生产线是不现实的,对连杆裂解技术的国产化要求迫切。连杆裂解槽加工作为裂解技术的首道关键核心工序,其加工方法和加工质量对连杆裂解质量起至关重要的作用。加工裂解槽的目的是制造缺口效应,大幅度提高应力集中系数,使其满足张开型断裂条件。确保断裂发生在预定位置,并能够有效降低裂解加工载荷,减少大头孔变形,满足连杆加工质量要求。因此,合理的设计和加工连杆裂解槽是连杆裂解加工工艺实施的先决条件。 本文结合国家“863”计划“发动机连杆裂解加工技术与装备”,国家自然科学基金项目“剖分类零件断裂剖分动态行为与裂解加工关键技术研究”和吉林省重点科技攻关项目“发动机连杆裂解槽激光加工自动化机床研制”等项目,对连杆裂解槽激光加工技术及自动化设备进行研究,开发具有自主知识产权的连杆裂解槽激光加工自动化设备。 本文通过理论分析和试验研究,对连杆裂解槽激光加工进行了深入探讨,在此基础上设计开发了国内第一台连杆裂解槽激光加工自动化设备,并与连杆裂解主机、定扭矩装配螺栓集成为连杆裂解半自动化生产线。这对加速连杆裂解技术在我国的发展与应用,促进发动机行业技术更新具有重要意义。 研究工作主要内容和结论总结如下: 1.运用断裂力学知识分析了断裂应力与裂纹长度的关系。应用ABAQUS软件对裂解槽几何参数进行数值模拟正交试验,分析槽深h ,张角α,曲率半径对裂解载荷影响显著性。实验结果显示,槽深对裂解载荷的影响最为显著。用52D连杆加工试样,分别采用机械拉削、线切割和激光切割三种方法加工裂解槽,对试样进行拉伸试验,对断裂力、断裂面微观形貌进行分析。试验表明,机械拉削和线切割方式加工的裂解槽,断裂时会发生塑性变形,而激光切割方式加工裂解槽断裂时为准解理断裂,观察断口微观形貌时可发现激光加工裂解槽根部存在材料淬火脆化,微裂纹、针rh状晶体等有利于裂解的特征。通过试验确定了连杆裂解槽激光加工的优势。 2.应用激光与金属材料的相互作用理论,探讨基模、高斯分布的激光束光源打孔过程的温度分布,对裂解槽激光加工过程合理假设,应用ANSYS软件对连杆裂解槽激光加工的过程进行温度场模拟,利用生死单元技术使激光加工过程材料融化和气化过程直观的在温度场分布云图上显示,并可测得裂解槽的深度和宽度。从裂解槽深度和宽度,脉冲打孔连续性三个方面分析工件表面聚焦半径、切割速度、峰值功率、脉冲时间四个加工参数的裂解槽形态,通过试验对数值模拟的结果进行比较,验证了数值模拟的有效性和准确性。TEM00 3.分析峰值功率、脉冲时间、脉冲频率、切割速度、辅助气体类型、辅助气体压力、工件表面粗糙度、激光入射角、切割方式、离焦方式因素对连杆裂解槽激光加工过程的影响,通过正交试验,判定裂解槽加工过程对裂解槽深度和宽度影响因素的主次,绘制影响因素效应图,直观的显示了各因素对裂解槽深度和宽度的影响。并通过正交试验的峰值功率和脉冲时间交互作用表为52D和M0406两种型号的连杆进行激光加工参数优化,经过实际应用验证优化后参数能够满足连杆裂解工艺要求。合理的选择峰值功率、脉冲时间、脉冲频率、切割速度,既能满足裂解工艺的要求,又可提高加工效率。 4.研究设计国内第一台利用大功率Nd:YAG激光器加工连杆裂解槽,集光、机、电一体化的连杆裂解槽激光加工自动化设备。激光系统的选择、机械系统和电控系统的设计充分考虑了设备的适用范围,使连杆裂解槽激光加工自动化设备能为多品种、多型号连杆加工裂解槽。由于激光切割头内部有聚焦镜和折射镜等精密光学元件,设计过程中,为避免激光切割头与工件、工作台等发生刮擦碰撞,通过程序中的延时等待、Z轴限位接近开关、数控软限位等方式保障设备运行的安全性和稳定性。该设备经过多品种、多型号连杆的裂解槽加工,能够满足连杆裂解工艺的要求,故将其与裂解主机、定扭矩装配螺栓设备集成为连杆裂解半自动化生产线,并正式投入裂解技术的连杆批量生产,产品质量得到厂家的认可。 5.裂解槽激光加工自动化设备在实际应用中,能够减少爆口、夹渣等裂解缺陷,并可以通过改变激光切割参数,改善硬度处于裂解工艺要求下限的连杆的裂解质量。对连杆裂解槽激光加工自动化设备在小批量连杆裂解槽加工实验过程中存在的问题进行设计方案改进,使裂解槽激光加工设备的激光切割头摆角更便于调整,进一步提高裂激光切槽的精度;不同品种的连杆夹具更换更为方便;