场致射流微细放电加工实验研究

对场致射流微细放电加工单晶硅进行了工艺实验研究,分析在不同加工极性下的加工机理,发现在正极性加工时,蚀坑在工件表面存在电解液残留是由电火花蚀除和电化学蚀除共同作用的结果,而在充分放电的情形下,是由电火花放电来实现材料蚀除的;在负极性加工时,蚀坑仅仅是由电火花蚀除作用的结果。通过单因素实验获取喷管内径、极间距离、极间电压及工作液浓度对单次放电蚀坑直径的影响曲线,通过优化工艺参数在单晶硅表面加工出宽度为1μm、长度为5μm的微细沟槽。研究结果充分证明了场致射流微细放电加工的加工能力。     

斜锥表面液滴的定向流动特性

目的 研究液滴在斜锥表面的定向流动特性，揭示液滴在斜锥表面的定向输运机理。方法 以斜锥表面液滴运动行为为研究对象，通过数值模拟技术提取液滴动力学参数，探讨不同斜锥结构参数对液滴自输运行为的影响。结果 液体内部速度的不均匀分布导致液滴内部产生速度涡旋，在泰勒毛细升力的作用下，斜锥间隙产生了涡量较大的速度主涡旋，液滴内部产生了涡量较小的速度次涡旋。在液滴定向输运过程中，2种涡旋的旋转方向与液滴的输运方向保持一致。液滴自输运过程伴随着表面能、动能的相互转化。在铺展收缩阶段，液滴的形变量较大，固–液接触面积和液滴的表面能先增大再减小，液滴运动速度却先减小再增大。在稳定输运阶段，液滴的表面能和速度基本保持不变。泰勒毛细升力和斜锥间隙中的不平衡毛细力驱使液体不断填充斜锥间隙。液滴在斜锥表面受到不平衡的钉扎阻力，使得液滴左侧更易脱钉，保证整个液滴向右无损输运。结论 可为揭示液滴在斜锥表面的流动特性和自输运机理提供理论支持，指导研制以斜锥结构为仿生原型的机械功能表面。     

微磨料空气射流加工技术的发展

微磨料空气射流加工(MAJM)技术是对硬脆材料进行微细加工的一种非常有潜力的技术，特别是对复杂的三维微细结构的加工。微磨料空气射流加工技术是基于传统的喷砂技术发展起来的，通过由空气喷射磨料微粒形成高速气流冲击工件表面而去除工件材料。与其它的加工技术相比，微磨料空气射流加工具有环境友好、易于控制、无热影响区、切口质量好等优点。本文介绍了此技术的基本加工原理、特点以及加工过程中的影响因素，论述了微磨料空气射流加工的材料冲蚀机理和切口特征。重点分析了一些主要的加工参数，例如空气压力、磨料材料、尺寸、供给率、喷嘴的形状和尺寸、喷射距离以及工件材料，对切削性能和切口特征的影响。并提出了微磨料空气射流加工技术中有待进一步深入开展的研究工作。     

基于分子动力学仿真的纳米胶体射流抛光材料去除机理

利用分子动力学模拟了纳米Si O2颗粒与单晶硅(100)表面的碰撞过程,以此来分析纳米胶体射流抛光的材料去除机理。仿真结果显示:粒径为7 nm的Si O2颗粒其速度在50 m/s时,与单晶硅工件表面的碰撞作用不会引起工件表面的原子排布的变化;而若要使碰撞对单晶硅工件表面原子排布产生影响,纳米Si O2颗粒的速度需大于250 m/s。以单晶硅工件为加工对象进行了纳米胶体射流抛光加工试验。利用激光拉曼光谱对加工前后单晶硅工件表面原子排布状况进行了比较,其结果与分子动力学仿真结果吻合。利用X射线光电子能谱,研究了加工前后纳米Si O2颗粒与单晶硅工件表面原子之间化学键的变化。通过仿真和试验得出:纳米胶体射流抛光中,纳米颗粒碰撞所产生的机械作用不能直接去除工件材料,材料的去除是纳米颗粒与工件表面之间机械作用和化学作用的共同结果。     

混粉电火花放电蚀坑及温度场仿真研究

混粉电火花加工是一种新型加工工艺,通过在工作液中添加微细粉末,显著改善加工表面粗糙度。电火花加工表面粗糙度的形成与放电蚀坑大小有直接关系,而放电蚀坑大小与单次脉冲放电温度场有密切联系。为了进一步提高混粉加工表面质量,利用ANSYS软件对放电点温度场进行了模拟与分析,得到了工件表层温度场的分布规律,揭示了材料去除机制,阐明了加工表面粗糙度与温度场的关系,对预测和改善混粉加工表面质量及日后生产实际应用提供了一定的理论依据。     

水射流喷嘴内表面形状对切割性能的影响研究

磨料水射流在喷嘴中运动并得到加速,喷嘴内表面形状对射流影响显著。通过仿真与试验比较圆柱形、圆锥形、锥直形和流线形4种喷嘴的切割性能,结果表明:圆柱形喷嘴射流加速过程短,衰减快,切割效果差;圆锥形喷嘴射流加速过程长,衰减过程缓慢,有较长的射流核心段,具有一定的应用价值;锥直形、流线形两种喷嘴的加速过程与衰减过程无显著差异,射流核心段较长,实际切割能力并没有显著差别;在锥直形喷嘴中,出口圆柱段喷嘴长径比为3～4较合适。     

某型航空发动机燃油喷嘴旋流室的微细电解加工研究

针对某型航空发动机燃油喷嘴结构尺寸微小、材料硬度较高、切削加工困难等问题,介绍了微细电解加工的原理和实验装置,制备了微细棒状工具电极和三角形钩状成形电极,利用分层电解铣削进行粗加工快速去除工件多余材料,再利用环形扫描电解铣削进行旋流室全锥面的精加工,实现了发动机喷嘴微小尺寸旋流室的微细电解加工成形,达到加工精度和表面质量要求。研究表明,微细电解铣削加工是加工金属材料微小结构的有效可行的方法。     

低压自激振动空化喷嘴射流特性研究

自激振动喷嘴兼有空化射流和脉冲射流的双重优点,利用FLUENT对喷嘴进行射流特性计算,优化得到适合于低压水冲洗系统的自激振动喷嘴结构参数。结果表明:所设计的低压自激振动喷嘴可以产生空化射流效果,当出口直径d=3 mm、谐振腔长度L=6.3 mm、锥角θ=30°时,喷嘴空化发展速度快,适宜于近距离空化清洗;锥角θ=60°时,空化效应发展较慢,射程相对较远,适宜于远距离的空化清洗。研究结果为低压自激振动空化喷嘴的结构设计提供了参考。     

气中微细电火花沉积加工的单脉冲放电过程热力学仿真(英文)

建立气中微细电火花沉积加工过程电极材料的热物理模型。利用有限元分析软件ANSYS对单脉冲条件下的工具电极和工件的瞬态温度场进行数值模拟,分析热源形式、初始边界条件和放电能量分配对工具电极和工件材料蚀除形式的影响,并预测适合微细电火花沉积加工的工艺参数。采用仿真预测得到的工艺参数,在高速钢工具表面稳定沉积出直径约200μm、高度约1.2mm的微圆柱结构。对沉积材料微观组织结构的测试分析表明,沉积材料与基体结合紧密。工艺实验和测试分析证明了所建立的微细电火花沉积加工过程的单脉冲放电热物理模型和有限元求解过程的正确性。     

本刊2006年各专业版出刊计划

微弧氧化技术是近几年国内外发展较快的一项高新技术。该技术的基本原理及特点：微弧氧化或微等离子体表面陶瓷化技术，是指在普通阳极氧化的基础上．利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应．从而在以铝、钛、镁金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法．是通过用专用的微弧氧化电源在工件上施加电压。使工件表面的金属与电解质溶液相互作用，在工件表面形成微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，金属表面形成陶瓷膜，     

基于ICEM CFD与ANSYS FLUENT的热力射流喷嘴流场分析

为了解喷嘴的内部结构对射流流场的影响,为选择合适的射流喷嘴提供依据,以锥形和锥直形喷嘴两种典型喷嘴为研究对象,根据计算流体力学（CFD）的基本理论,综合运用ICEM CFD网格划分与ANSYS FLUENT流体分析软件对锥形和锥直形喷嘴的射流流场进行分析。结果表明：在相同初始条件下,锥形喷嘴具有较大的出口速度,变化剧烈,射流的等速核长度较大;锥直形喷嘴的速度变化平稳,短管内由于颈缩现象易产生负压。通过试验,再次验证了仿真结果。     

多物理场作用下磁场辅助微细磨料水射流流场数值模拟

为了解决磨料水射流加工过程中射流分散以及磨料分布随机的问题,采用在聚焦管处加入辅助磁场的方法。利用COMSOL Multiphysics软件数值模拟磁场辅助磨料水射流喷嘴内外在多物理场作用下流场分布规律,采用湍流、粒子追踪、磁场三模块分析磁性磨料在磁场、重力场、流场等多物理场作用下的运动状况,仿真结果表明:施加辅助磁场后,射流的发散性减弱,准直性增强,在磁场、重力场和流场的耦合作用下,微细磨料被约束在射流轴线附近,实现了磨料的聚集效应。模拟结果表明,辅助磁场有助于提高磨料水射流加工效率和加工表面质量。     

微弧氧化技术

微弧氧化技术是近几年国内外发展较快的一项高新技术。该技术的基本原理及特点:微弧氧化或微等离子体表面陶瓷化技术,是指在普通阳极氧化的基础上,利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应,从而在以铝、钛、镁金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法,是通过用专用的微弧氧化电源在工件上施加电压,使工件表面的金属与电解质溶液相互作用,在工件表面形成微弧放电,在高温、电场等因素的作用下,金属表面形成陶瓷膜,达到工件表面强化、硬度大幅度提高、耐磨、耐蚀、耐压、绝缘及抗高温冲击特性得到改善的目的。微弧氧化技术的…     

电化学放电线切割电压-电流特性研究

设计并搭建了基于水平走丝方式的电化学放电线切割加工装置,可用于非导电硬脆材料的微细线切割加工,研究了加工过程中的电压电流特性。当电压超过临界值后,电极丝表面会形成不稳定的气层并产生放电现象;随着电压升高,放电状态由火花放电向电弧放电过渡。对石英玻璃的加工实验结果显示,通过增加电压并使放电电压维持在火花区内,能在保证表面质量较好的同时提高加工效率,在电弧区加工可得到更高的材料去除率,但工件表面质量会下降。     

连铸二冷气雾喷嘴射流PIV实验研究

采用实验方法针对某钢厂连铸二次冷却过程使用的气雾喷嘴进行射流特性测试,获得了气雾喷嘴射流过程中液滴直径、速度及液滴的索太尔平均直径分布特征,其中液滴的索太尔平均直径为125～155 μm。研究了液滴的索太尔平均直径与喷嘴口韦伯数、雷诺数、无量纲喷射距离的对应关系。     

静电喷雾制备功能化表面膜层的研究进展

静电喷雾是一种高效且应用广泛的膜层制备技术,能够使微细粒子均匀分布,在微纳米材料加工制备领域表现出巨大的潜力.介绍了静电喷雾技术在制备功能化表面膜层的最新研究进展,总结了静电喷雾技术的优缺点.在静电喷雾机理与装置方面,详细阐述了泰勒锥液滴、微细射流及破碎雾化过程,分析了膜层在喷雾中的生长过程以及累积之后的内部变化,论述了膜层相组成和晶体结构的控制方式,介绍了液滴的带电方式和有无静电场的区别,对比了静电喷雾的多种装置及喷嘴类型;在氧化物膜层方面,介绍了金属氧化物膜层、非金属氧化物膜层、金属颗粒掺杂氧化物膜层,以及复合膜层的成膜条件、膜层相组成和晶体结构.归纳了多种功能的静电喷雾聚合物膜层,分析了静电喷雾在钠离子电池、锂离子电池以及钙钛矿太阳能电池中的应用.描述了含碳、硅等非金属无机物膜层的研究现状,探讨了静电喷雾参数对膜层结构的影响,以及膜层结构和性能的关系,并概括了多种膜层的厚度变化.最后,展望了静电喷雾技术的应用前景及发展趋势.     

微量润滑赋能雾化与供给系统关键技术研究进展

传统金属切削液会对环保、人体健康及制造成本产生负面影响,难以满足绿色制造的发展需求。微量润滑是一种介于浇注式和干式加工的润滑剂绿色供给技术,利用压缩空气将少量可降解的生物润滑剂雾化,形成微液滴,从而起到润滑和抗磨减摩的作用。然而,尚无相关研究针对雾化微液滴精准输运技术的规律进行总结,无法为微量润滑供给参数提供科学指导。为此,综述了微量润滑赋能雾化和供给系统关键技术的研究进展。揭示了微量润滑两相流气动雾化液滴粒径和雾化锥角随供给参数的演变规律,提出了静电雾化微量润滑赋能供给新方法,分析了静电赋能雾化性能调控机制和荷电流体渗透特性,阐述了超声赋能雾化液滴均一化机理和工艺参数优化策略。进一步分析了基于流体动力学模型的刀具/砂轮–工件界面流场分布规律,阐明了喷嘴结构对液滴输运的影响规律,为喷嘴位姿参数的选取提供了理论支撑。此外,论述了喷嘴位姿参数化调控装置的研究进展,解决了润滑介质参数化供给难题。最后,展望了微量润滑复合增效和智能供给关键技术,以期为微量润滑技术的工程应用提供理论支持和技术指导。     

磁流变即效微细砂轮精细加工研究

在对磁流变液特性分析的基础上，提出了基于磁流变效应即效微细砂轮研抛的新工艺方法。磁流变液与金刚石微粉磨料均匀混合形成的抛光液，在外加磁场作用下形成粘弹性的准固体磨粒球团构成的微细砂轮，以普通玻璃为工件材料，基础试验证明本加工方法在加工玻璃材料时可行和有效。试验结果表明，磁流变即效微细砂轮在加工玻璃过程中加工表面呈现塑性去除特征，加工工具无进给时加工痕迹表面有中间突边缘圆环凹陷的形状，工具尖端与加工表面越接近其材料去除率越高。     

一种磨削抛光装置的设计及其试验

针对传统抛光方式的缺点,设计了一种磨液射流磨削抛光装置.利用这种装置对工件表面进行磨削抛光,可获得高的表面质量和表面粗糙度值,而且加工表面无加工变质层.通过正交试验证明,在加工时间不变的前提下,喷射角度是影响去除量的主要因素,而喷嘴直径对表面粗糙度影响较大.从表面状态看,抛光加工后的试件表面并无磨料产生的很长的划痕,只有细密均匀的凹坑,试验证明工件上没有热影响区,属于冷加工和绿色加工.     

工作介质对电火花加工中材料去除的影响研究

对材料去除过程进行了微观分析,单个放电周期中材料被熔化后如果没有被及时蚀除,放电结束后会重新凝固在工件表面。对此,在有关研究成果基础上,利用声发射传感器检测方法,分析了3种不同介质对电火花加工材料去除的影响,发现不同工作介质中对熔融材料产生抛出会有影响。分析结果表明,水基乳化液和"蒸馏水+煤油"混合液中放电,因水会被热分解而两次声发射波,更有利于工件表面熔融材料的抛出,材料去除效率较高。