工程陶瓷引弧微爆炸加工过程的高速摄像

为了研究工程陶瓷引弧微爆炸加工的工作原理,建立了高速摄像试验系统对微爆炸等离子体射流的产生过程、外观形态进行了观测,得到了微爆炸等离子体射流的产生原理.对氮化硅陶瓷和氧化铝陶瓷冲击蚀坑的形成过程进行了高速摄像观测,并利用扫描电镜观察了冲击蚀坑的截面形貌,得到了陶瓷加工的材料去除机理.实验结果表明,等离子体射流的形成过程可分为火花放电和稳定等离子体射流2个阶段,等离子体射流的直径随着电流值的增大而增大,冲击蚀坑直径随着加工时间逐渐扩展.氮化硅陶瓷加工时升华分解,蚀坑表面覆盖一层结构疏松的变质组织,在亚表面上有横向裂纹形成;氧化铝陶瓷加工时直接熔化,表面变质层成分为非晶体玻璃相.     

微磨料水射流技术及其应用

介绍了微磨料水射流技术及其在半导体制造工艺中的应用.在分析研究微磨料水射流技术国内外发展基础上,提出了微磨料水射流的产生方法及关键技术.对增压发生器的压力、喷嘴直径、微磨料粒子的精度、浆液磨料制备方法、浆液磨料的输送及质量流量的控制、工作平台的运动精度等关键技术进行了分析讨论.研究表明,为了产生射束直径100 μm以下的微磨料水射流,必须采用湿式磨料,同时完全避免空气进入.采用300 nm至8 μm氧化铝浆液磨料和Φ40-50 μm喷嘴,应用运载方法可以产生束径达Φ40-50 μm级的微细加工磨料水射流.在同样水压力下,其切割的能量密度是普通磨料水射流的4～5倍.微磨料水射流在半导体材料加工、微型电子机械系统制造以及光学器件生产上具有广阔应用前景.     

绝缘材料电火花加工机理探讨

采用辅助电极法，对绝缘性陶瓷材料SbN4的电火花加工进行了实验研究。指出了正常脉冲放电实现除去材料加工，长脉冲放电生成导电膜，正常脉冲放电和长脉冲放电的交替，使电火花加工在去除材料加工和生成导电膜的交替中不断进行，最终使工件成形的绝缘材料电火花加工机理。得出了单位加工时间内正常脉冲比例越大，加工速度越快；单位加工时间内长脉冲比例越大，生成导电膜厚度越厚的结论。     

陶瓷表面激光加热温度场的分析

激光加热辅助切削是解决陶瓷这种硬淬发削加工的有效方法,本文主要根据激光加热辅助切削的特点,建立激光架势挛数学模型,采用解析法,从理论上分析了激光对陶瓷加热时温度场的分布规律,计算分析了对四种陶瓷材料进行激光加热时,热影响深度和温度的变化规律,为陶瓷激光加热辅助切削奠定了理论基础。     

3D打印-激光烧结-微纳加工平台高效制备质子导体能源器件

为实现基于具有高质子传导性的质子陶瓷材料——钙钛矿的能源器件可以广泛应用,解决其高耐火性、易碎裂等特征导致的加工工艺复杂且局限的问题,开发一种集成了基于微挤压的3D打印和精确快速的激光加工(烧结、干燥、切割与抛光)的新型激光3D打印技术,并将其应用于制造质子导体能源器件,实现高能量密度集成器件的快速高效低成本的制造方法.利用3D打印将自主研发的质子陶瓷原粉浆料按照设计模型进行逐层打印;利用CO₂激光对打印层进行快速干燥以及原位反应烧结;利用皮秒激光对加工层进行微纳加工,如抛光与切割等.通过实验可知：该技术成功3D打印制造了质子导体能源器件;激光反应烧结了原粉,获得了钙钛矿晶体结构的质子陶瓷;利用皮秒激光快速精准加工了微通道能源器件;加工制备了燃料电池且制备的器件具有不输于已报道的传统工艺的性能,其电解质电导率约为6.95×10^-3 S/cm.实验结果表明：3D打印-激光烧结-微纳加工平台不仅可以高效精准制造质子陶瓷材料及其能源器件,而且可以实现传统工艺无法制备的具有复杂结构的器件,同时为基于质子导体材料的能源器件未来的实际投入使用带来可能.     

工程陶瓷回转表面放电磨削装置的改进研究

高硬脆性导致传统方法难以加工工程陶瓷回转表面.目前已存在能够较好地实现工程陶瓷回转表面放电磨削加工的回转装置.该回转装置配合电火花线切割机床使用,且具有跟踪电极.为进一步提高已有装置的性能,本文将原夹持陶瓷工件回转的直流电机改为交流电机,提高了功率和转速稳定性.将原跟踪电极主体部分的材料由导电的铝改为绝缘的树脂,提高了放电磨削加工电流的稳定性.分别使用原有与改进的加工设备对工程陶瓷圆柱体表面进行加工,结果表明,改进的设备提高了加工过程稳定性和加工后的陶瓷表面质量.     

准分子激光加工与研磨加工Al2O3陶瓷表面形貌的比较

采用了准分子激光和研磨两种不同的加工方法,在微构件常用的Al2O3陶瓷材料表面构建表面微观形貌.通过表面轮廓仪测量加工试件表面形貌,采用自行研制的表面形貌参数表征系统进行表面形貌统计参数计算.分析不同加工方法对同一种材料表面形貌的影响,采用表面形貌统计参数中的轮廓高度算术平均值Ra、轮廓高度均方根值Rq、坡度均方根值.Zq对表面形貌进行评价.结果表明,准分子激光加工表面的Ra、Rq和.Zq值均比研磨加工表面小.分析可得,准分子激光加工与传统研磨加工方法相比,能够获得较高要求的表面形貌,为微机械的设计提供重要参考依据.     

HIP-SN陶瓷轴承套圈磨削特性的实验

目的研究HIP-SN陶瓷轴承套圈的磨削特性，提出改善氮化硅陶瓷套圈磨削效率和磨削质量的关键因素和条件.方法运用INV306DF振动采集仪在线监测HIP-SN陶瓷套圈在磨削加工中的振动信号，通过扫描电镜获得了磨削表面的SEM图.结果计算出Si3N4陶瓷临界磨削深度值dc为0.004 mm.由Coinv DASP2003进行频谱分析，得到不同转速下主轴单元振动幅频图.结论在实验条件下，提高砂轮速度有助于增加塑性变形，以获得较高的去除率；通过SEM图，得出陶瓷材料的去除机理包括塑性变形和延性切削；同时，适当地减小磨削深度、提高砂轮速度，将能够实现陶瓷的延性磨削、改善工件的加工质量.     

多孔陶瓷材料的吸声性能试验分析

多孔陶瓷材料是利用筛选过的工业废料陶瓷颗粒,压制或烧结后形成的新型吸声材料,与传统共振、多孔吸声材料相比,具有吸声性能好、耐腐蚀、耐高温、耐高压等特点,可广泛应用于航空发动机试车台及航天发射领域.结合某国防特种工程高温、高速吸声降噪的需要,研制了多孔陶瓷材料声砖,并对混响室声学性能进行测试,通过仿真对比,分析了多孔陶瓷吸声材料与微穿孔板材料间的吸声性能,为陶瓷吸声材料的实际应用提供了借鉴.     

超声辅助金刚石飞切氧化锆切削力特性及刀具磨损的研究

针对陶瓷硬脆材料难加工特性,结合金刚石飞切与超声辅助加工的优点,提出超声辅助金刚石飞切这一新加工工艺,并将其应用于氧化锆陶瓷超精密切削,取得了较好加工效果。在分析了超声辅助金刚石飞切加工的特点基础上,建立其切削模型及切削力模型,搭建了超声辅助金刚石飞切实验平台,进行了氧化锆超声辅助金刚石飞切切削力试验及刀具磨损试验。通过实验对比,探讨超声辅助加工技术对切削力和刀具磨损的影响,分析金刚石飞切加工过程中切削参数(主轴转速、进给量速度、切削深度)对切削力的影响。结果表明,超声辅助金刚石飞切可明显降低切削力,并有效抑制刀具磨损进程。     

Improving energy utilization efficiency of electrical discharge milling in titanium alloys machining

Electrical discharge milling(ED-milling) can be a good choice for titanium alloys machining and it was proven that its machining efficiency can be improved to compete with mechanical cutting. In order to improve energy utilization efficiency of ED-milling process, unstable arc discharge and stable arc discharge combined with normal discharge were implemented for material removal by adjusting servo control strategy. The influence of electrode rotating speed and dielectric flushing pressure on machining performance was investigated by experiments. It was found that the rotating of electrode could move the position of discharge plasma channel, and high pressure flushing could wash melted debris out the discharge gap effectively. Both electrode rotating motion and high pressure flushing are contributed to the improvement of machining efficiency.     

微细电解加工及其复合加工技术

结合近几年微细电解加工技术的发展状况,阐述了常规微细电解加工技术、微细电火花电解复合加工技术、微细超声电解复合加工技术、微细激光电解复合加工技术等方面的最新研究进展,研究表明微细电解加工及其复合加工技术是实现难加工材料或具有复杂特殊结构微细金属零件的理想加工制造方法。     

Clarification of abrasive jet precision finishing with wheel as restraint mechanisms and experimental verification

According to the critical size ratio for the characteristic particle size to film thickness between grinding wheel and work, the machining mechanisms in abrasive jet precision finishing with grinding wheel as restraint can be categorized into four states, namely, two-body lapping, three-body polishing, abrasive jet machining and fluid hydrodynamic shear stress machining. The critical transition condition of two-body lapping to three-body polishing was analyzed. The single abrasive material removal models of two-body lapping, three-body polishing, abrasive jet finishing and fluid hydrodynamic shear stress machining were proposed. Experiments were performed in the refited plane grinding machine for theoretical modes verification. It was found that experimental results agreed with academic modes and the modes validity was verified.     

基于人工神经网络的磨料水射流精密特种加工

磨料水射流是一种先进的绿色加工工具.为了获得较高的表面精度,必须精确控制水射流加工的各种工艺参数.一种可行的办法是建立水射流加工过程中的主要参数之间的非线性关系,通过加工速度的补偿来间接控制工件表面质量.本文基于人工神经网络理论,建立了水射流加工过程的神经网络模型.在获取大量样本数据的基础上,对网络模型进行训练.经过训练的水射流加工神经网络模型可以准确预测与给定压力、磨料流量、工件厚度、期望的表面粗糙度所对应的切割速度,实验验证获得满意结果.     

陶瓷蜗轮的研制及材料摩擦磨损机理的研究

通过疲劳磨损比较试验、接触疲劳强度试验和Mg-PSZ陶瓷蜗轮的模拟试验，分析出了陶瓷材料的疲劳磨损计算公式，试验结果表明：陶瓷试件的磨损量较金属试件小；磨损机制主要是磨粒磨损．在不同的振动条件下，Mg—PSZ陶瓷较Al2O3和ZTA（ZrO2增韧Al2O3）陶瓷的接触疲劳强度高，疲劳寿命长，最适合作轻微冲击载荷作用下陶瓷摩擦副零件．     

高温力学性能测试SiC夹具加工工艺研究

工程陶瓷材料具有引人注目的特性:高硬度、高耐热性、化学惰性、热传导率低、断裂韧度低等。然而,这些特性使得陶瓷材料的机械加工,不论是磨削加工或非磨削加工都非常困难,在磨削过程中,工件表面将产生缺陷或裂纹,进而影响工件的强度及可靠性。本文讨论了在SiC夹具制造过程中,各种因素对加工的影响。     

基于ALE法的磨料水射流加工数值模拟

采用ALE(arbitrary lagrange-euler)算法建立了磨料水射流加工的仿真模型,模拟了从射流进入喷嘴到去除材料的加工全过程。工件采用Lagrange网格,磨料和水采用ALE网格,通过ALE和Lagrange网格的耦合算法实现射流对工件的侵蚀作用。通过给定ALE网格运动来定义射流的横移速度,从而减少了网格定义域。提出磨料的本构模型,通过定义初始ALE单元内两种材料的体积百分比实现磨料与水的均匀混合。仿真结果给出了一些加工参数对切割深度的影响规律,通过与实验数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。     

基于人工神经网络的磨料水射流切削工艺建模

磨料水射流（AWJ）切割工艺已经被遍及世界的许多车间所采用，其优点广为人知。为了进行精密加工，如精密切割、铣削、钻孔和磨削等，必须精确预测AWJ的侵蚀深度。文章基于人工神经网络（ANN）对AWJ切割工艺进行建模。模型采用三层结构，输入变量有水射流压力、水喷嘴直径、磨料粒子粒度（直径）、磨料流量和切割头进给速度。输出量为AWJ的切割深度。样本数据在JJ-Ⅰ水射流切割机床上实验获取，A3钢样板作为切割试件。采用改进的BP算法和样本数据对建立的人工神经网络进行训练。训练好的网络以一定精度建立了AWJ切割工艺中各参数之间的映射关系。所建模型可以精确预测AWJ的切深。将该模型集成到AWJ切割机床的计算机数控器中，可以实现AWJ精密加工。