SLM零件的磨粒流动辅助电化学复合抛光方法研究

针对增材制造金属零件表面质量较差的问题，提出一种磨粒流动辅助电化学复合抛光方法，在电解液中混入微小磨粒，使混合液在一定压力下流经工件表面，通过磨粒磨削和电化学溶解的复合作用改善工件表面质量。通过试验对比了纯磨粒磨削、纯电解加工和复合抛光的加工效果，分析了不同工艺参数对工件表面粗糙度和材料去除量的影响。试验结果表明：复合抛光方法能有效去除增材制造零件表面缺陷，改善其表面质量。通过选取合适的电压进行分阶段抛光，SLM工件的表面粗糙度由Ra8.162μm降至Ra1.226μm。     

航空零部件的金属增材制造光整加工技术研究进展

增材制造具有无需模具直接制造、材料利用率高,且对于结构复杂程度不受限制等优点,广泛应用于复杂化、轻量化的航空金属零部件一体化制造。但由于增材制造成形的零部件存在较高的表面粗糙度、复杂的残余应力分布以及难以消除的孔隙缺陷,严重制约了其在工业上的大规模应用。针对高使役性能航空零部件存在的表面完整性问题,概述了金属增材制造的原理及特点,总结了金属增材制造技术在航空领域的国内外应用现状,分析了金属增材制造零部件在批量生产与实际应用过程中所面临的困难与挑战。从加工机理、加工效果、应用范围等角度,重点阐述了化学、电化学、磨粒流、滚磨、激光等光整加工技术在航空金属增材制造领域的加工适应性,并对比分析了不同光整加工技术的优缺点,探讨了多种组合技术的多能场耦合协同效应,研究内容涵盖钛合金、不锈钢、铝合金、铜合金等材料,涉及管类、格栅、点阵、薄壁、曲面、复杂型腔等零部件结构特征。最后,针对航空金属增材制造光整加工领域的未来研究方向及关键技术作出思考与展望。     

“高性能表面抛光加工方法” 专题序言

目前对集成电路晶圆、硬脆软脆材料光学元件、增材制造复杂结构件等高性能零件的需求日益高涨,而抛光加工是这些高性能零件精密加工中一道关键工序,抛光加工质量对零件服役性能有至关重要的影响。高性能零件制造离不开高性能表面抛光加工机理与技术研究,所以策划本期“高性能表面抛光加工方法”专题,分享本领域研究进展,推动技术进步。     

叶轮零件磨粒流抛光机理与数值模拟的研究

目的 解决增材制造TC4钛合金（Ti6Al4V）叶轮零件表面粗糙度过大的问题。方法 采用磨粒流抛光技术对增材制造TC4钛合金叶轮零件进行抛光,研究磨粒粒径、工作压力与抛光时间等因素对叶轮零件表面粗糙度和形貌的影响规律。同时利用Fluent软件对磨粒流抛光过程进行仿真,建立三维叶轮模型,以实际加工条件为仿真参数,探究磨粒对近壁面静压、动压、湍动能、湍流强度的作用机理。结果 当磨粒流抛光的磨粒粒径为0.425 mm、加工压力为9 MPa、抛光时间为20 min时,获得了表面粗糙度Ra<2.5μm的增材制造叶轮零件。磨粒流抛光后表面摩擦系数从0.428 1降低为0.385 3,磨损机制由粘着磨损和剥落磨损变为磨粒磨损。仿真结果表明,随着磨粒流体自上而下运动,叶片间距逐渐增大,叶轮表面所受动压、湍流强度及湍动能逐渐减弱,因与约束装置的作用,底部的动压、湍流强度和湍动能又增大,因此叶轮叶片上端抛光较好,中间部位抛光效果一般,下端抛光效果也较明显。结论 磨粒流抛光过程中,试样表面因塑性变形产生了加工硬化,晶粒得以细化,从而有效提高了其耐磨性能。通过数值模拟与试验分析验证了复杂曲面磨粒流抛光技...     

增材制造钽及多孔钽的研究进展

金属钽是一种具有优异耐腐蚀性、生物相容性和介电性能的难熔金属材料,因而被广泛应用于高温技术、电子技术、耐腐工程、原子能以及医疗等行业。增材制造技术能够实现复杂钽金属零件的一体化成形,并且材料利用率高、可实现个性化定制。本文介绍了增材制造用球形金属钽粉的研究现状,评述了钽金属粉末及增材制造成形后的组织和性能研究及应用进展,分析了钽金属增材制造技术当前存在的一些问题,并对该技术的未来发展进行了展望。     

等离子弧增材制造设备与其工艺研究

电弧增材制造克服了以激光、电子束做热源的增材制造设备造价和运行成本高的问题,成为金属增材制造技术的研究热点和重要发展方向。根据等离子弧的特点,设计了以等离子弧为热源的增材制造设备,并利用其研究了等离子弧增材制造工艺,包括送丝角度、成型速度、焊接电流等对零件成型的影响。     

不锈钢增材制造件的激光超声表面波声速研究

利用激光超声技术对增材制造件进行无损检测具有重要的理论和应用价值。因此,针对不同激光功率下制备的316L不锈钢增材制造样品进行试验。利用激光超声在样品不同成型方向上测试,对表面波声速进行了表征。结果表明:不同激光功率下制备的316L不锈钢增材制造件的成型质量与表面波传播速度有着密切的关系,而且同一增材制造件在不同成型方向上的表面波声速也有明显的差异,具有各向异性。实验结果对研究316L不锈钢增材制造材料的表面声学特性以及金属增材制造材料的激光超声质量检测具有重要参考价值。     

金属增材制造研究现状与问题分析

介绍了目前金属增材制造的工艺技术状况,包括:粉末床熔融、能量直接沉积、薄片叠层制造、金属熔融三维直写、粘结剂喷射成形、液体金属挤出成形及激光+热丝复合工艺等。同时,提出并分析了金属增材制造面临的主要问题,如:制件质量缺陷,可能存在致密性不高、精度较低和粗糙度值较大、产生变形和裂纹等问题,在工艺过程中可能出现球化等造成工艺不稳定的问题;效率太低,成形一个零件动辄需要十小时以上;成本太高,原材料比铸造、锻压所用的原材料价格高出10倍以上,机器设备目前还很贵,成形效率低也导致成本升高。因此,必须研发全新的金属增材制造工艺,才能更好地推广应用金属增材制造技术。     

仿形组合磁极研磨增材制造复杂表面工艺研究

目的 改善零件表面质量,延长零部件使用寿命。方法 应用Ansys Maxwell模拟仿真沿盘形磁极圆周开不同形状槽时磁极磁感应强度的分布。以钛合金(Ti6Al4V)材料增材制造的成形零件为例,基于磁粒研磨抛光技术,利用仿形组合开槽磁极对成形零件沟槽表面进行研磨抛光。结果 模拟结果表明,沿磁极圆周开均布矩形槽时,磁极的磁感应强度波峰值最大,波谷值最小,磁场强度梯度变化最大,最适合复杂工件表面的磁粒研磨。磁性磨粒粒径、磁极转速和研磨间隙等参数的设置都会影响研磨加工效果,经模拟和实验获得最佳工艺参数为磁性磨粒粒径180 μm、磁极转速1 000 r/min、研磨间隙2 mm。设置如上所述的加工工艺参数,成形零件沟槽表面粗糙度Ra由原始的10.70 μm降为0.52 μm,且其表面缺陷得到有效去除。结论 采用仿形组合开槽磁极应用磁粒研磨技术能够实现增材制造复杂零件表面的研磨抛光。     

基于PTA增材制造的模型分层及运动控制

目前金属增材制造设备大都建立在大型数控机床系统的基础上,用户很难根据不同需求和功能进行合理的修改和二次开发。根据数控加工技术的基本原理,开发了一套以智能运动控制卡为运动控制核心、以等离子弧为热源的一体化增材制造设备,通过三维建模、切片处理、路径编译、焊枪运动、步进送丝等步骤具体实现。制造过程可通过上位机实时控制,提高了加工柔性。整套设备实现了由三维模型到实体零件的自动化成型。经测试,设备性能良好、制造过程稳定、加工周期短,加工的零件性能良好。     

磁流变抛光技术的研究进展

磁流变抛光技术具有加工面形精度高、表面粗糙度小、加工过程易于控制、表面损伤小、加工过程中不产生新的损伤等优秀特点,因此多应用于加工要求高的精密和超精密领域,最常应用于光学加工方面。综述了磁流变抛光技术材料去除数学模型的建立进展,论证了该模型的正确性,总结出该基本模型具有通用性,模型能够适用于平面和凸球面等形面加工中,此外,对实现计算机控制抛光过程的准确性具有指导意义。概述了磁流变抛光工艺实验进展,总结磁流变抛光影响抛光效果的主要因素是磁场强度和磁场发生装置,在优化工艺参数组合下能够达到纳米级表面,能够消除亚表面损伤,还能够用以加工各种复杂形面等。就目前磁流变抛光技术的发展新方向作以总结,包括集群磁流变抛光技术、组合磁流变抛光技术以及磁流变-超声复合抛光技术,介绍这几种加工方法的工作原理以及能够达到的实验效果。最后对现阶段磁流变抛光技术中存在的问题做出总结,并针对各个问题提出相对应的思考和展望。     

Electrical discharge machining using simple and powder-mixed dielectric: The effect of the electrode area in the surface roughness and topography

Electrical discharge machining (EDM) is one of the most widely disseminated manufacturing technologies, in particular as regards the generation of accurate and complex geometrical shapes on hard metallic components. Nevertheless current EDM technologies have major limitations when dealing with fine surface finish over large process area. Indeed this is one reason that explains the need of final manual polishing of mould cavities performed by EDM. Recently EDM with powder-mixed dielectric (PMD-EDM) has been a focus of an intense research work in order to overcome these technological performance barriers. This paper presents a research work within the objective to acquire deep knowledge on EDM technology with powder mixed dielectric and to compare its performance to the conventional EDM when dealing with the generation of high-quality surfaces. In particular the analysis of the effect of the electrode area in the surface quality measured by the surface roughness and craters morphology was carried out for both technologies. The results achieved evidenced a linear relationship between the electrode area and the surface quality measures as well as a significant performance improvement when the powder mixed dielectric is used.     

蓝宝石光学曲面柱形宽缎带磁流变抛光仿真分析及实验研究

目的 针对目前光滑无损伤光学曲面蓝宝石加工成本高、效率低的问题,对加工过程中磁流变抛光缎带进行流体仿真,进而优化抛光轮表面结构。方法 设计并提出3种表面结构柱形宽缎带磁流变抛光轮,介绍了磁流变抛光轮加工的基本原理,建立了磁流变抛光垫Bingham流体特性加工仿真模型,分析了3种抛光轮表面结构对工件表面磁通密度模、流场流速、流场压力分布的影响。同时对3种抛光轮的抛光效果进行了实验探究,探究了抛光轮表面结构对材料去除率和抛光后表面粗糙度的影响规律。结果 仿真结果表明,抛光轮表面槽型结构具有能增强磁通密度模、增大流体流速和流体压力的特性。实验结果表明,螺旋槽抛光轮的抛光效果最好,在螺旋抛光轮作用下,材料去除率为0.22 mg/h,抛光后蓝宝石表面粗糙度为1.08 nm。最终抛光轮近壁区总压力和速度的乘积结果与抛光轮实验去除率结果具有较好的一致性。结论 槽型结构可以提高抛光液在抛光轮表面的固着效果,影响工件表面流场运动状态,增强工件表面受到抛光垫的作用力。相较于光滑和横条槽抛光轮,螺旋槽抛光轮的抛光效率最高,表面粗糙度最低,可有效提高抛光效果。     

空间基础零部件超精密抛光技术研究进展

轴承、齿轮、陀螺仪谐振子、反射镜等是实现航天器旋转支撑、动力传递、姿态控制、空间探测等功能的核心基础零部件,直接影响航天器的性能、寿命和可靠性。为了确保航天任务顺利进行,空间基础零部件必须拥有优异的使役性能、高的可靠性和长的寿命,其工作面的状态是关键影响因素。为此,基于制造角度,必须不断提高工作面的精度和表面质量。然而,空间基础零部件的工作面多为复杂曲面,且材料包含多种元素和金相组织,可控抛光难度大。从轴承、齿轮、陀螺仪谐振子、反射镜等4种空间基础零部件的特点出发,简要陈述了各自的超精密抛光需求及必要性,分类总结了现有的超精密抛光技术,如应用于轴承的双盘研磨抛光、电化学机械抛光、流变抛光,应用于齿轮的磨粒流抛光、流变抛光、电化学机械抛光,应用于陀螺仪谐振子的流变抛光、飞秒激光和离子束质量调平,以及应用于反射镜的磁流变抛光、计算机控制光学表面成型、气囊抛光、离子束修形抛光等,阐述了各种抛光技术的原理和效果,最后展望了超精密抛光技术的发展方向,以期为空间基础零部件的超精密加工提供借鉴。     

SLM成形打印件振动辅助磁力研磨试验

目的 研究使用振动辅助磁力研磨去除选区激光熔化(SLM)成形打印件表面的未熔融粉末时,各加工参数对试样表面粗糙度降低率和表面形貌的影响。方法 结合波导管工件,采用SLM成形打印AlSi10Mg试样,并利用自行研制的振动辅助磁力研磨装置进行加工间隙、磁极转速、振动频率、加工时间等4个因素各5个水平的单因素试验,以表面粗糙度降低率为评价指标,探究各加工因素对试样表面粗糙度降低率和表面形貌的影响规律。结果 对于采用选区激光熔化成形的试样来说,当加工间隙从3 mm增大到7 mm时,试样的表面粗糙度降低率显著降低,最大降低率为84.7%,最小降低率为6%。当加工间隙为3 mm时,试样表面的未熔融粉末基本去除,表面较平整。当磁极转速从200 r/min增大到1 000 r/min时,表面粗糙度降低率先增大后趋于稳定,在转速为200 r/min时表面粗糙度降低率最小(24.3%)。当转速达到400 r/min甚至更高时,表面粗糙度降低率趋于稳定,表面粗糙度降低率保持在80%左右。表面粗糙度降低率随着振动频率增大的变化情况较为复杂,但是总体呈现先增大后减小的趋势,并且在振动频率为15 Hz时,表面粗糙度降低率最大(84.7%)。当加工时间从10 min增大到50 min时,表面粗糙度降低率呈现先增大后减小的变化趋势,在加工时间为40 min时,表面粗糙度降低率最大(81.7%)。结论 加工间隙、磁极转速、振动频率和加工时间对表面粗糙度降低率都有不同程度的影响,SLM成形的试样经过振动辅助磁力研磨之后,表面粗糙度显著降低,表面未熔融粉末得到有效去除。     

磨料射流表面抛光研究综述

作为精密超精密光学制造工艺过程中的一个重要环节,各种新型表面抛光方法与工艺始终吸引着科研人员不断深入研究与探索。磨料射流抛光方法为小型复杂零件的表面抛光提供了一个新思路,成为精密超精密光学加工技术的重要组成部分。对磨料射流表面抛光过程中衍生的磨料水射流抛光、磁射流抛光、负压吸流抛光、磨料气射流抛光、冰粒水射流抛光、纳米胶体射流抛光的抛光原理、方法及特点进行了综述,分析了各射流表面抛光技术材料去除的最新发展;从加工原理、磨料选择、抛光精度、数学模型等方面对上述新型射流抛光技术进行深入分析与比较,其中磁射流抛光、纳米胶体射流抛光、磨料水射流抛光的抛光精度较高,可以实现表面粗糙度纳米级的超精密抛光,而磨料气射流抛光、冰粒射流抛光从加工成本上来讲则相对较低。最后,对磨料射流表面抛光在去除函数优化、精度效率的提高、应用范围扩展、在线检测、商业化应用等方面的发展趋势进行了预测。     

电子束抛光技术的研究进展

随着现代制造业的发展,人们对于工件表面的精密性和质量提出了更高层次的要求,而抛光工艺不但影响产品的使用性能而且也影响产品的档次.传统的抛光工艺存在一些难以克服的问题,已很难满足当前对高质量工件表面性能的需求,作为新型非接触式抛光工艺的一种——电子束抛光,在目前的研究领域展现出显著的优势.本文概述了几种抛光技术的优缺点,并重点介绍了一种新型材料表面处理技术——电子束抛光,阐述了电子束表面抛光的基本原理及国内外电子束抛光的发展.介绍了电子束抛光作为一种新型表面抛光方法 在研究领域中的应用,并综述了近年来电子束抛光研究的发展动态,简述了国内外相关领域的主要研究成果及取得的进展,包括电子束抛光机理的研究、不同材料电子束工艺参数的确定、入射角度对抛光效果的影响、物理模型的建立以及电子束抛光产生的熔坑、裂纹研究,并对电子束抛光技术未来的发展方向和前景做出了展望.电子束抛光技术作为一种极具优势的高能束表面改性技术将占据无法替代的地位.     

叶片进排气边抛光工艺及其参数优化

叶片是航空发动机关键零部件之一,具有复杂的几何形状、极高的几何精度和表面质量要求。其中,叶片进排气边作为影响整机性能的关键区域,其较小的半径尺寸、急剧的曲率变化使得数控自动化抛光难以实现。为此,提出一种采用电镀超硬磨料柔性抛光轮定轨迹抛光的方法。通过优化线速度和预压量等抛光工艺关键参数,建立相应的抛光去除量和表面粗糙度变化曲线。实验结果表明,随着线速度和预压量的增加,进排气边的去除量也随之增加。不同尺寸半径试件(R2 mm,R1.5 mm,R1 mm)表面粗糙度在线速度为12.56 m/s和预压量为0.3 mm时呈现出最低值(Ra1.05μm,Ra 0.86μm,Ra 0.81μm)。通过不同尺寸半径试件抛光参数优化方法研究,为实现叶片进排气边的高精度数控自动化抛光提供了有利支撑。     

A new hybrid electrochemical-mechanical process (PEMEC) for polishing complex and rough parts

A new polishing process for metallic parts has been developed by simultaneously coupling drag finishing and electrochemical polishing. This new hybrid process, called PEMEC, enables an improvement in the surface roughness within some minutes, and at the same time, preserves the shape of the edges. This hybrid process is based on a synergistic effect between abrasive and chemical mechanisms. It has confirmed its suitability to be applied on complex and rough surfaces produced by additive manufacturing SLM parts.     

模具自由曲面抛光过程的分析与研究

针对模具自由曲面抛光中受几何、物理及力学等因素的影响,从抛光工具与自由曲面之间的接触及摩擦角度分析,深入研究自由曲面的抛光机理,并对影响抛光工艺过程的主要因素进行分析,探讨自由曲面抛光过程中获取高质量表面的方法。