微细超声辅助高速微槽铣削加工工艺研究

为了提高6061铝合金板微铣削槽加工质量,搭建一种轴向超声振动辅助高速微槽铣削实验装置。设计单因素实验探究主轴转速、超声功率、进给率三个因素对微槽顺铣侧毛刺长度和底面粗糙度的影响规律。制定正交实验寻求主轴转速、超声功率、进给率三个因素的共同作用对微槽底面粗糙度的影响效应,做显著性检验,寻找最优水平组合。实验结果表明:单因素实验中,相对高的主轴转速、适中的进给率、适中的超声功率铣削出的微槽顺铣侧毛刺较少、毛刺长度较短,相对低的转速、相对小的进给率、适中的超声功率铣削出的微槽底面粗糙度较小。正交实验中,主轴转速和超声功率值的变化对微槽底面粗糙度影响显著,通过正交分析与方差分析,最终确定出最优水平组合。     

微尺度铣削加工实验研究

影响微尺度铣削加工质量的因素中,工艺参数相对于其他动态变化的因素是可控的.针对微尺度铣削工程材料黄铜-68,基于所开发的微尺度铣削机床,应用Taguchi方法,通过实验的方法,以表面粗糙度作为加工质量评价指标,对工艺参数展开了研究.通过对实验结果的极差分析与方差分析,确定了3个关键工艺参数轴向切深、径向切深和每齿进给量对表面粗糙度的影响趋势.结果表明:径向切深对于微尺度铣削黄铜H68影响最大,其次是每齿进给量与轴向切深.本研究对于微尺度铣削类似的延展性材料提供了方法与工艺参考.     

微尺度铣削加工实验研究（英文）

影响微尺度铣削加工质量的因素中,工艺参数相对于其他动态变化的因素是可控的。针对微尺度铣削工程材料黄铜H68,基于所开发的微尺度铣削机床,应用Taguchi方法,通过实验的方法,以表面粗糙度作为加工质量评价指标,对工艺参数展开了研究。通过对实验结果的极差分析与方差分析,确定了3个关键工艺参数轴向切深、径向切深和每齿进给量对表面粗糙度的影响趋势。结果表明:径向切深对于微尺度铣削黄铜H68影响最大,其次是每齿进给量与轴向切深。本研究对于微尺度铣削类似的延展性材料提供了方法与工艺参考。     

微细流路模压成形用碳化钨模具飞秒激光加工工艺研究

目的 解决微细流路芯片中微细流路制备时,传统加工工艺存在的效率低下等问题。方法 采用飞秒激光加工碳化钨模具,进行工艺研究。对扫描功率、扫描速度、扫描层数等参数进行田口正交实验,研究其变化对加工表面质量及尺寸精度的影响。使用白光干涉仪测量了加工后表面的粗糙度,使用超景深三维显微系统测量了加工深度,并通过对结果的综合优化得出了最优工艺参数。结果 在所选的25组工艺参数中,各参数的变化对表面粗糙度值影响不大,对材料加工深度影响最大的因素为扫描速度,影响最小 的为激光功率。经过综合优化,最佳工艺参数组合为：扫描功率20 W,扫描速度200 mm/s,扫描层数25。 结论 随着飞秒激光功率的增大、扫描速度的减小和扫描层数的增加,加工深度都有显著增加。以最优加工参数加工而得的模具微凸起的上表面宽度为152 μm,边缘整齐,通道深度为42.41 μm,横压成形玻璃表面粗糙度值为0.164 μm。研究结果为飞秒激光加工碳化钨微细流路提供了一定的参考。     

基于GRA-RSM的微铣削表面质量多目标参数优化

目的 建立表面粗糙度和残余应力的灰色关联度预测模型，确定微铣削工艺参数优化方案，在降低表面粗糙度的基础上，最大化减小残余应力。方法 首先，采用BBD试验方法设计三因素三水平微铣削试验，测量工件表面的表面粗糙度和残余应力；其次，基于灰色关联分析（Grey Correlation Analysis，GRA）方法，以表面粗糙度和残余应力的信噪比为性能指标，将多目标转化为单一目标进行优化；再次，在主成分分析的基础上，建立灰色关联分析与工艺参数之间的二阶回归预测模型；最后，利用响应面法（Response Surface Method，RSM）获得了最优参数组合。结果 构建的灰色关联度预测模型的平均误差为6.9%，优化结果提高了3.91%。实验结果表明，最优工艺参数组合为：主轴转速20 000 r/min，轴向切深60 μm，进给速度285.8 mm/min。结论 灰色关联度预测模型的拟合度良好，可靠性和准确性较高。基于GRA-RSM优化方法获得的工艺参数组合可以实现同时使表面粗糙度和残余压应力达到理想效果的最优解。     

微织构刀具超声铣削航空铝合金的研究

目的 为了提高7075航空铝合金的使用性能,将微织构刀具和纵扭复合超声铣削复合,形成一种微织构刀具超声复合铣削工艺.方法 通过微织构刀具铣削和微织构纵扭复合超声铣削两种加工方法,对7075-T6航空铝合金进行切削试验,分析主轴转速、每齿进给量以及铣削深度对工件表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表面织构形貌的影响.结果 在切削参数相同的情况下,微织构纵扭复合超声铣削工艺所获工件表面粗糙度数值相较于微织构刀具铣削工艺加工工件降低了4.7％～13.2％,显微硬度增加了1.13％～2.35％,工件表面残余应力变为压应力,最大数值稳定在–10.84 MPa,加工工件表面形成了较为统一、规整的"鱼鳞网纹"织构形貌.其中,加工工件表面粗糙度数值与主轴转速成负相关关系,而与铣削深度、每齿进给量成正相关.加工工件表面显微硬度和残余应力则是随着主轴转速和每齿进给量的增大而增大,而铣削深度对加工工件的显微硬度和残余应力的影响不显著.结论 相比微织构刀具铣削,微织构纵扭复合超声铣削能有效地改善加工工件表面的完整性.     

高速微尺度铣削单晶铝表面粗糙度试验研究

微铣削是一种加工微小零件和微小特征的高精、高效加工方法,为探究单晶铝微铣削表面质量,采用直径为0.4mm的硬质合金立铣刀,对单晶铝进行三因素五水平微铣削正交试验,通过极差分析找出影响表面质量的主次因素,即主轴转速的影响最大,铣削深度其次,进给速度最小,探讨了切削参数对单晶铝微铣削表面质量的影响规律;优化获得理想的工艺参数组合,即主轴转速为36000r/min,铣削深度为10μm,进给速度为80μm/s,此时即表面粗糙度最小,为0.782μm。研究结果为单晶材料的微铣削加工提供一定的理论和试验依据。     

基于微量润滑的微铣削单晶高温合金表面粗糙度研究

以单晶镍基高温合金DD98材料为研究对象,搭建微量润滑冷却系统微铣削平台。对比微量润滑和干切削冷却条件下,微铣削工艺参数对表面粗糙度的影响机制和规律。结果表明:在微量润滑冷却条件下,单晶高温合金的表面粗糙度获得较大提升;两种不同冷却方式条件下,微铣削表面粗糙度均随着主轴转速的升高而减小,随着进给速度的增加在克服尺度效应后缓慢增大,随着背吃刀量的增加而增大。     

SiC的激光表面微造型工艺研究

采用灯泵浦YAG-T50系列激光打标机对SiC进行了端面螺旋槽激光微造型加工实验。采用PS50型非接触式三维表面形貌仪测量了槽深和槽内表面粗糙度。通过实验,研究了有效矢量步长、有效矢量步间延时、Q频率、激光电流等工艺参数对微造型加工质量的影响。实验结果表明,当有效矢量步间延时增大或激光电流增大时,螺旋槽深度随之增大;当有效矢量步长增大或Q频率增大时,螺旋槽深度不断减小;而表面粗糙度值则随着有效矢量步间延时、Q频率和激光电流的增大而减小,随着有效矢量步长的增大而增大。从而得出碳化硅的最佳微造型工艺参数为:有效矢量步长0.001mm、有效矢量步间延时60μs、Q频率20kHz、激光电流17A。     

五轴联动铣削复杂曲面表面粗糙度研究

为了提高五轴联动铣削复杂曲面的加工质量,分析多切削工艺参数对表面粗糙度的影响至关重要。首先,通过单因素实验分析了各切削工艺参数对表面粗糙度的影响规律,基于模拟退火算法理论,分别建立了各切削工艺参数与表面粗糙度的一元关系模型;其次,通过对单因素实验数据进行归一化处理,为正交实验优选切削工艺参数区间;最后,通过正交实验,分别建立了基于模拟退火及传统最小二乘原理的表面粗糙度多元复合预测模型并通过实验进行验证。验证结果表明,所建立的预测模型能够为复杂曲面铣削加工优选加工参数提供更准确的指导。     

数控铣削工艺参数对覆膜砂砂型表面品质的影响

以覆膜砂砂坯为研究对象,进行了覆膜砂砂坯铣削加工实验,研究了主轴转速、进给速度、铣削深度、铣削宽度等工艺参数对砂型表面粗糙度Ra的影响,并采用正交实验和极差分析了各个因素对加工砂型表面品质的影响。结果表明,铣削工艺参数对加工后砂型表面品质有显著的影响。砂型表面粗糙度随着进给速度和铣削深度增加而增加,随着主轴转速的增加而减少,铣削宽度对其影响不明显;影响程度大小顺序为:铣削深度进给速度主轴转速铣削宽度,通过降低铣削深度和进给速度,提高主轴转速,可提高砂型加工表面品质。     

基于环形铣刀铣削加工的工艺参数优化

为了对铣削加工工艺进行优化,有效提高加工质量,从优化铣削工具和优化工艺参数两方面入手,在选用环形铣刀的基础上,选取铣削速度、进给量和铣削深度作为优化参数,表面粗糙度作为响应指标,通过响应曲面法设计实验,利用方差分析法对实验数据进行处理,并建立模型分析影响显著性以及参数间的交互作用。结果表明:环形铣刀比球面铣刀加工效果好,且在铣削速度为147.31 m/min、进给量为0.13 mm/r、铣削深度为2.04 mm时,表面粗糙度为0.74μm,加工质量最优;表面粗糙度线性效应的影响显著性为:铣削速度进给量铣削深度。     

碳纤维/树脂基复合材料铣削表面粗糙度及表面形貌研究

目的研究了CFRP材料铣削加工过程中,部分主要工艺对CFRP材料加工表面质量的影响规律,为工艺参数优化,提高此类零件的表面质量提供依据。方法设计了CFRP材料铣削中的切削参数、刀具结构、加工方法与加工表面粗糙度及表面形貌之间的单因素试验。通过单调改变一个切削参数而其余切削参数不变,得到了工件表面粗糙度和表面形貌随切削参数、刀具结构、加工方法的变化规律。结果当铣削速度增大时,工件的表面粗糙度变化不大,表面微坑缺陷的数量却有所增加,但变小、变浅。当进给速度增大时,工件表面粗糙度呈上升趋势,表面缺陷也随之增加。无涂层多齿刀具铣削后的工件表面粗糙度最大,其次是金刚石涂层多齿刀具铣削的工件,最小的是金刚石涂层交错齿刀具铣削的工件。多齿刀具加工后的表面有较多的微坑缺陷,但普遍深度较浅且面积较小。交错齿刀具对分层缺陷的抑制作用最明显,但在左旋和右旋刀齿交错处容易出现较严重的加工缺陷。与普通机械加工方法相比,超声振动加工方法得到的工件表面质量较好,可以有效减少表面微坑缺陷,改善CFRP铣削加工表面质量。结论 CFRP材料铣削加工时,为了获得较好的加工表面质量,切削参数应选用较高的切削速度和较低的进给速度,切削刀具宜选用多齿带涂层刀具。和普通机械加工方法相比,超声振动铣削加工方法更为有利于获得好的表面质量。     

超声辅助铣削碳纤维复合材料的工艺研究

使用自行研制的超声振动发生系统,对碳纤维复合材料进行了铣削加工实验研究,通过建立瞬时铣削模型,分析超声辅助铣削与传统铣削下纤维束的断裂机理,及在不同加工参数下对切削力、工件表面粗糙度的影响。实验结果表明:随着主轴转速的升高,铣削力和工件表面粗糙度减小;随着进给速度的增加,铣削力和工件表面粗糙度增加;随着切深增加,铣削力和工件表面粗糙度增加。与传统铣削相比,在相同的加工参数下,超声辅助铣削加工铣削力和工件表面粗糙度较小。     

磨料射流铣削工艺参数优化

目的对表面粗糙度和材料去除率作为输出参数的磨料水射流铣削45#钢过程进行研究,旨在寻找最优加工参数。方法对射流去除材料机理进行了分析,设计并进行了以磨料粒度、射流压力、横向进给距离、靶距为加工工艺参数的田氏正交实验。采用Minitab对不同实验参数组合下磨料水射流加工45#钢的表面粗糙度、材料去除效率进行了数据分析,并从材料去除机理方面,对4种加工工艺参数对于铣削表面质量和材料去除效率的影响程度和影响趋势,以及各因素之间的交互作用进行了分析。结果对射流铣削面表面粗糙度影响较显著的因素是横向进给距离,射流压力次之;对于材料去除效率,磨料粒径的影响最显著,横向进给距离次之。结论综合材料去除效率和表面粗糙度值,选出最优加工参数:磨料粒径2000目,射流压力120~160 MPa,喷嘴横移距离1.0~1.5 mm,靶距约30 mm。     

热辅助超声滚压温度场参数影响激光熔覆涂层表面粗糙度研究

目的 降低激光熔覆涂层的表面粗糙度。方法 采用激光熔覆技术制备铁基激光熔覆涂层,采用超声温滚压耦合热处理工艺对熔覆层进行熔覆后强化加工,重点研究温度场参数对成形表面粗糙度的影响,通过方差分析(ANOVA)确立参数显著性,同时利用响应曲面法(RSM)构建温度场参数影响铁基涂层表面粗糙度的预测模型,并进行参数优化。结果 加热温度和保温时间对成形试样表面粗糙度的影响显著。在实验参数范围内,试样的表面粗糙度与加热温度呈正相关,与保温时间呈负相关。实验结果表明,在相同保温时间下,在加热温度100、250、400 ℃条件下试样的表面粗糙度Ra分别为0.237、0.158、0.096 μm;在相同加热温度下,在保温时间为0.5、1、2 h条件下试样的表面粗糙度Ra分别为0.156、0.164、0.170 μm。可见与保温时间相比,加热温度对涂层表面粗糙度的影响更显著。参数优化分析结果表明,在实验参数范围内,在400 ℃加热温度和0.5 h保温时间条件下,试样具有最小的表面粗糙度Ra(0.089 μm)。结论 相较于车削及常温滚压工艺,采用超声温滚压耦合热处理工艺可进一步降低激光熔覆涂层的表面粗糙度,在实验参数范围内,加热温度400 ℃和保温时间0.5 h是最优的温度场参数组合。     

基于正交试验的6061铝合金铣削工艺研究

建立铣削参数中主轴转速、进给速度、切削深度对6061铝合金铣削粗糙度影响的单因素试验方案,通过绘制铣削单因素对表面粗糙度的影响趋势曲线,分析各因素对粗糙度的影响规律及成因;再通过正交试验的极差、方差分析3个因素对6061铝合金表面粗糙度影响的强弱关系,最终确定粗糙度最优的因素组合。     

TC11钛合金铣削的表面粗糙度建模及有限元分析

对铣削钛合金TC11的表面粗糙度进行研究。建立表面粗糙度的3种预测模型,分析模型与表面粗糙度测量值的拟合情况,并进行信噪比S/N分析和ANVOA分析,得到了各切削参数对表面粗糙度的影响程度的大小以及最佳切削参数组合。提出了采用有限元仿真铣削工件表面的位移大小,把表面的轮廓算数平均偏差作为表面粗糙度评定参数的方法。仿真结果与试验结果基本一致,表明了该方法的可行性及有效性。     

分层厚度对微细电火花铣削加工模具及热压制品表面粗糙度的影响

分层厚度直接影响微细电火花铣削加工的加工效率及表面粗糙度。为了合理规划微细电火花铣削加工的分层厚度,提高加工效率,研究了分层厚度对微细电火花加工的模具型腔及相应热压成形制品表面粗糙度的影响,同时分析了热压成形制品表面与微模具型腔表面之间的关系,以及热压前、后微模具型腔表面轮廓的变化。结果表明:当电极轨迹重叠率一定时,模具型腔底面的表面粗糙度值随着分层厚度的增加而增大;分层厚度对型腔侧壁表面粗糙度无明显影响;热压制品表面轮廓算术平均偏差小于模具型腔表面轮廓算术平均偏差;热压后的模具表面轮廓发生了变化,表面粗糙度值Ra和峰高Rpk减小,峰谷Rvk增大。     

复杂曲面零件表层微槽激光加工技术研究

探索了复杂曲面零件表层微槽激光加工工艺。针对6061铝合金球形表面,通过调节激光功率、扫描填充密度、扫描频率等,结合曲面轨迹规划开展试验,发现了最优的工艺参数;利用自行设计搭建的五轴联动运动系统与紫外光学平台进行了一系列激光位槽加工工艺实验;利用激光共聚焦显微镜及其他方法对激光功率、运动速度、激光频率及离焦量等不同工艺参数条件下的微槽加工试样表面形貌质量进行了测量分析,发现了工艺参数对曲面微槽质量影响的规律,并据此确定了最优的曲面微槽参数范围,还在该范围内得到了曲面微槽试样结果,达到预计深度要求,且沟槽整体表面外观质量符合设计要求。