超声波辅助飞秒激光加工光纤材料的工艺探索

为了研究超声振动对飞秒激光微加工的影响,设计超声辅助装置,进行石英光纤材料的微结构加工试验。探讨不同功率的超声振动对材料加工表面质量及孔深的影响,明确超声辅助飞秒激光加工的作用机理。引入超声振动后,光纤侧面烧蚀的矩形槽壁面更为平整,残留碎屑明显减少,槽或孔的深度有所增加;在超声功率为30 W时,孔的锥度由7.34°减小到4.17°。结果表明,超声振动能有效改善材料加工表面质量,增加加工孔的深度,提高飞秒激光的加工效率,证明超声振动对飞秒激光加工具有明显的改善作用。     

综合型精密制造技术实验教学平台研制与应用

为满足高等工程教育实验教学需要,需要建立综合型精密制造技术教学实验平台。文中搭建五轴联动运动台结构及其电控系统,设计了多种超精密抛光及测试子系统,包括气囊抛光子系统、磁射流加工子系统、超声振动辅助子系统、压痕子系统、材料硬度与表面检测子系统、材料亚表面损伤检测子系统,实现了多种加工与检测的教学实验功能。该综合型精密制造教学实验平台具有适用范围广、易组合扩展等特点,为“新工科”背景下高等工程教育实验教学改革和先进制造领域技术研究提供了良好的硬件平台。     

光纤阵列组件超声椭圆振动辅助抛光系统设计

针对现有化学机械抛光工艺难以满足光纤阵列组件高质量的要求,该文根据压电陶瓷的逆压电效应及超声振动原理,提出了一种夹心式模式转换型超声椭圆振动装置,用以提高光纤阵列组件端面的抛光质量。设计了用于光纤阵列组件超声椭圆振动辅助化学机械抛光的超声振动系统,并对所设计的系统进行了有限元分析和测试试验。试验结果表明,超声振动系统共振频率测试结果与设计结果误差小于5%,超声椭圆振动双向振幅分别为4μm和2μm。     

基于有限元模型的超声切割刀优化设计

超声切割刀在材料加工领域中有广泛的应用前景,可用于切割各种复合材料等硬脆材料。该文利用ANSYS有限元分析软件建立超声切割刀的有限元模型,对其进行模态分析和谐响应分析。仿真结果显示,超声切割刀在40kHz频率附近存在轴向纵振模态,其振动节点位于安装环和压电陶瓷中心线上,符合设计要求。基于有限元模型研制超声波切割刀,通过阻抗分析仪与激光多谱勒测振仪对换能器的固有频率与响应进行测试,获得的超声切割刀阻抗曲线平滑,谐振频率为40.261kHz,设计误差为0.83%,最大振幅达到14.52μm,结果与有限元计算相互吻合。     

基于有限元模型的超声切割刀优化设计

超声切割刀在材料加工领域中有广泛的应用前景,可用于切割各种复合材料等硬脆材料。该文利用ANSYS有限元分析软件建立超声切割刀的有限元模型,对其进行模态分析和谐响应分析。仿真结果显示,超声切割刀在40 kHz频率附近存在轴向纵振模态,其振动节点位于安装环和压电陶瓷中心线上,符合设计要求。基于有限元模型研制超声波切割刀,通过阻抗分析仪与激光多谱勒测振仪对换能器的固有频率与响应进行测试,获得的超声切割刀阻抗曲线平滑,谐振频率为40.261 kHz,设计误差为0.83%,最大振幅达到14.52 μm,结果与有限元计算相互吻合。     

矩形板压电振子振动有限元分析

利用有限元法，对具有四个凸起的矩形板压电振子的振动状态进行了解析计算，并根据其振动特点，重新选择结构参数制作了超声矩形板马达，结果大大提高了这种马达的转速和效率等性能。     

压电陶瓷圆片单面研磨抛光工艺

介绍了一种在行星式双面磨抛设备上对压电陶瓷圆片进行单面研磨和抛光的工艺。在加工过程中,使用了自制的全水溶性粘接剂来粘接晶片,实现了圆片单面所有磨抛加工流程都在双面磨抛设备上进行。采用自制化学腐蚀液分段腐蚀控制圆片形貌(翘曲度)的变化,中间研磨工序优化介质控制表面粗糙度和划道、SiO2胶体化学机械抛光去除亚损伤层,获得了高品质的铝钛酸铝压电陶瓷（PZT)单面抛光圆片。     

一种道路用小型压电发电及储存装置的研究

为了收集并利用汽车通过公路时所产生的振动能量,设计了一种利用压电材料的正压电效应采集环境振动能量,把振动能转换成电能的道路用振动发电装置。为使压电材料和道路振动能巧妙结合从而吸收最大的外部能量,获得高的发电效率,进行了以下研究:分析了压电材料变形量对发电能力的影响,并设计了能找到压电材料产生最大电能的最小变形量的模型。通过实验分析压电片的联接方式对电能输出的影响,得到了以并联为主,串联为辅的混联电路模型。设计并制作了道路用压电发电装置模型,通过模拟实验测得其发电功率为0.061 2 W,电容储电功率为0.026 4 W,发电效率为14.42%,电容储电效率6.21%。     

MEMS自供能压电电磁集成发电研究现状

压电电磁集成发电是指利用功能材料的压电效应和法拉第电磁感应定律设计压电和电磁两种能量转换方式的集成结构,实现环境振动机械能向电能转换。描述了压电电磁集成微能源技术的原理和特点,介绍了压电电磁集成发电理论建模过程,分析了国内外关于集成微电源结构的设计及优化,概况了各种压电电磁集成发电结构的特点。介绍了各种集成结构的集成化加工技术,包括压电梁制作、感应线圈制作和压电电磁系统集成。最后对压电电磁集成发电存在的技术问题进行了分析,新型集成自供能微能源研究将提高能量收集效率并实现与无线传感节点集成供能。     

化学研磨抛光技术在IC制造设备中的应用

IC制造设备中的关键零部件对于其内外表面粗糙度有着很高的要求。传统的研磨抛光技术很难达到这一要求,从而直接影响了IC制造设备的国产化进程。化学研磨抛光技术作为一种新兴的材料表面处理技术,通过化学药液浸蚀方式,可以在短时间内完成对于各种复杂形状零件的内外表面研磨抛光,同时可以使工件表面满足较高的物理化学性能要求,非常适合于IC制造设备中高真空度、高洁净度要求的零部件生产加工。     

工程陶瓷的旋转超声加工方法

旋转超声加工是加工工程陶瓷的一种有效方法,它与传统的加工方法相比具有加工速度快、加工精度高、加工质量好、工具头磨损小等特点.旋转超声加工已成为加工硬脆材料的主要方法之一.介绍了该加工技术的基本原理、应用特点、关键技术以及旋转超声加工的应用范围和发展趋势.     

A study on the grinding of glass using electrolytic in-process dressing

Grinding of brittle materials such as glass is gaining importance due to the rapid developments in the areas of machining of storage devices, microlenses, and optical communication devices. Grinding of such glasses is difficult because grinding wheels wear out easily due to the hard and brittle nature of the materials being machined. Grinding wheels with fine abrasive size are required in order to achieve ductile mode grinding. Problems such as wheel loading and glazing can be encountered while grinding with fine abrasive wheels. Electrolytic in-process dressing (ELID) is an efficient method to dress the grinding wheel while performing grinding. In this paper, a fundamental study on the mechanism of the ELID grinding technique is discussed in detail. Several sets of experiments have been performed to determine the optimal grinding conditions. From the experiments, it has been established that surface roughness could be further improved if the current duty ratio to dress the grinding wheel were increased. The force patterns and the changes in the profile of the grinding wheel during machining are also presented and discussed in detail.     

固结磨料超声磨削用压电换能器等效阻抗分析

固结磨料超声磨削加工过程中,随着负载的快速变化,压电换能器必须保持快速的频率跟踪与功率匹配响应,才能满足高效精密加工需求。该文从微观角度分析了固结磨料超声磨削的材料去除过程,通过建立压电换能器的力学模型,基于力电类比,得出压电换能器的等效阻抗与负载变化关系,即换能器的负载越大,其等效阻抗越大。当采用恒压源驱动压电换能器时,当换能器的负载越大,输出功率越小;反之,负载越小,输出功率越大,换能器无法工作在最佳状态。因此,为改善加工稳定性,提高材料表面完整性,提出了压电换能器的智能化恒流激励电源驱动方案,并进行了空载和负载状况下的电源系统测试试验,为进一步展开相关加工工艺研究奠定了坚实的基础。     

固结磨料研磨硫化锌的亚表面损伤预测分析

研磨抛光后产生的工件亚表面损伤是评价工艺优劣及确定加工余量的主要参考,因此对亚表面损伤准确的预测有助于提高加工效率。采用离散元法对典型的软脆材料硫化锌固结磨料研磨过程中产生的亚表面损伤进行模拟,预测不同粒径金刚石加工工件后的亚表面微裂纹层深度。利用角度抛光法将工件抛光出一个斜面,作为亚表面损伤观测平面,通过盐酸的腐蚀使亚表面微裂纹显现,在金相显微镜下寻找微裂纹消失的终点位置并转换成亚表面微裂纹层深度,对仿真结果进行实验验证。结果表明:粒径为5、15、25、30 μm的磨粒造成的亚表面微裂纹层深度预测值分别为2.28、3.62、5.93、7.82 μm,角度抛光法实测值分别为2.02、3.98、6.27、8.27 μm。以上结果表明磨粒粒径对硫化锌亚表面损伤情况有很大的影响,随着磨粒粒径的增大,亚表面微裂纹深度增加,微裂纹数量增多。离散元法预测值与实测值偏差范围处在5%~15%之间,利用离散元法能有较为准确的预测软脆材料硫化锌加工后的亚表面损伤情况,为其研抛工艺的制定提供参考。     

钛基复合材料的离子抛光工艺适用性研究

金属基复合材料的制样难点在于基体和增强相物理性能差异大,采用机械-化学抛光、电解抛光等传统方法制样效率较低。离子抛光的制样优势在于可通过程序控制,实现对复合材料的整体加工,减小界面浮凸,从而提高制样效率。作者在前期研究中得到了最佳离子抛光工艺参数,将此系列参数应用于不同增强相含量钛基复合材料的扫描电镜制样中,对比观察微观形貌、硬度和晶粒取向分布图。实验表明,采用此工艺参数得到的SEM电子背散射衍射、EBSD分析结果标定率高,可应用于此种类钛基复合材料的扫描电镜样品制备中,验证了离子抛光工艺参数的适用性。     

光纤连接器端面的超声/机械复合研磨

介绍了一种引入超声波研磨光纤连接器的新型研磨方式。对这种实验装置进行了简单的介绍,并将这种研磨的结果和普通研磨的结果进行了对比和分析,结果表明这种研磨方式的研磨效率比普通研磨提高了4～8倍,平均表面粗糙度〈3nm．平均回波损耗〈-60dB,平均插入损耗〈0．1dB。     

超声微结构加工钻的研究

超声加工是一种新型的特种加工方法,它特别适合于不导电、硬脆和难熔的材料加工。该文利用了精确四端网络法和有限元相结合的方法,设计并制造出可用于微细孔和微三维结构加工的超声钻。通过实验测试的方法,对超声钻进行了测试,验证了有限元分析的结果。同时进行了钻孔实验,对超声钻的性能进行了评估。     

视觉系统在超声打孔机中的应用

超声加工给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工,可以完成传统工艺不能进行的加工.超声打孔机解决了基板的加工问题.由于视觉系统的引入,使得基板的加工能够得到精确定位及检测,极大地提高了生产效率和产品质量.介绍了视觉系统在超声打孔机中的工作原理及应用.     

大口径硅基空间红外透镜的高精度加工与检测（特邀）

随着红外技术的不断发展,空间大口径红外光学元件的需求日益增长,其各项制造指标也逐渐接近可见光级光学元件的制造要求,由此对新型空间红外光学元件的加工和检测技术均提出了更高的挑战。针对大口径的高陡度超薄硅基红外透镜,提出了以超声铣磨-机器人研抛-离子束精抛为工艺链路的加工方案,改善了传统红外工艺路线存在的低效率、表面高频误差等问题。针对凸非球面轮廓检测中支撑引起的测试误差,在粗抛和精抛阶段分别采用了柔性缓冲支撑与三点强迫位移支撑方法,有效解决了大口径高陡度超薄透镜测试中的支撑变形问题。经过理论仿真与实验验证,证明该测试方法具有较好的一致性。通过改进的轮廓检测方法,实现了轮廓测试中支撑误差的准确分离,有效提升了加工的极限精度。最终大口径红外透镜凸非球面加工精度达RMS λ/50 （λ=632.8 nm）,满足设计指标要求。