单晶锗纳米切削温度场分布及各向异性对切削温度的影响研究（英文）

为深入理解单晶锗纳米切削特性,提高纳米锗器件光学表面质量,首次采用三维分子动力学(MD)的方法研究了单晶锗纳米切削过程中工件原子的温度分布情况,研究了晶体的各向异性(100),(110),(111)晶面对切削温度的影响及切削温度对切削力的影响。结果表明,在切削过程中最高切削温度分布在切屑当中,达到了460 K。刀具的后刀面与已加工表面之间的区域也有较高的温度,在400 K以上。在3个不同的晶面中,(111)晶面的切削温度最高,(111)晶面的原子密度最大,即为单晶锗的密排面,释放出的能量最多。切削温度对切削力也有影响,切削温度越高,工件中原子受到的切削力越小。     

单晶锗微纳米尺度切削特性实验研究

采用纳米压痕仪对单晶锗进行变载荷纳米划痕实验和恒定载荷纳米划痕实验,分析不同划痕速度和不同载荷对单晶锗切削特性的影响规律;采用原子力显微镜对样品表面进行扫描观测,分析单晶锗微纳米尺度切削加工的材料去除机理。研究结果表明:划痕速度分别为10、20和50μm/s时,单晶锗(100)晶面脆塑转变临界切削力分别为10.2、12.1和9.8 mN,呈现先增大后减少的规律;单晶锗(110)晶面脆塑转变临界切削力分别为9.5、7.7和6.9 mN,呈现随着划痕速度的增大而减少的规律;单晶锗(111)晶面脆塑转变临界切削力分别为8.3、8.5和8.9m N,划痕速度的改变对于切削力的变化基本没有影响;当载荷分别为10、30和50m N时,单晶锗(110)晶面切削力分别为0.3、4.5和12.5 m N。随着划痕速度的增大,单晶锗不同晶面切削特性表现出明显的各向异性;随着载荷的增大,单晶锗切削力也相应增大,切削力的波动范围也越来越大。本研究为分析单晶锗微纳米尺度塑性域切削提供理论基础和数据支持。     

晶体取向对单晶γ-TiAl合金纳米切削的影响研究

为了研究晶体取向对单晶γ-Ti Al合金纳米切削过程的影响,采用分子动力学数值方法对不同切削晶向下的切削力、切削温度、材料去除及晶格结构变化进行分析和探讨,揭示不同的晶体取向对单晶γ-Ti Al合金纳米切削质量作用机制。结果表明:在纳米切削过程中,随着晶面和晶向的变化,切削力、切削温度、材料去除和晶格结构都会有不同程度的变化;选择(010)晶面作为切削平面时切削力较小,产生的切削热较少,γ-Ti Al合金表面加工质量较好,晶格结构转变较少;(010)[100]切削晶向下工件产生的切削热较少且最容易切削,晶格结构转变最少,γ-Ti Al合金表面加工质量最优。     

晶体取向对单晶γ-TiAl合金纳米切削的影响研究（英文）

为了研究晶体取向对单晶γ-Ti Al合金纳米切削过程的影响,采用分子动力学数值方法对不同切削晶向下的切削力、切削温度、材料去除及晶格结构变化进行分析和探讨,揭示不同的晶体取向对单晶γ-Ti Al合金纳米切削质量作用机制。结果表明:在纳米切削过程中,随着晶面和晶向的变化,切削力、切削温度、材料去除和晶格结构都会有不同程度的变化;选择(010)晶面作为切削平面时切削力较小,产生的切削热较少,γ-Ti Al合金表面加工质量较好,晶格结构转变较少;(010)[100]切削晶向下工件产生的切削热较少且最容易切削,晶格结构转变最少,γ-Ti Al合金表面加工质量最优。     

不同晶体取向锗单晶的压痕尺寸效应（英文）

为了研究锗单晶的压痕尺寸效应,对(100)、(110)和(111)晶面取向的锗单晶进行纳米压痕实验。基于Meyer方程、比例试样阻力(PSR)模型和Nix-Gao模型计算锗单晶各晶面无压痕尺寸效应时的真实硬度值,并基于Manika幂律关系计算锗单晶各晶面的尺寸效应因子。结果表明:锗单晶在加载过程中发生弹性变形、塑性变形和脆性断裂3个阶段,且3个晶面均表现出明显的尺寸效应现象。3种模型均能较好地描述锗单晶的尺寸效应,其中Nix-Gao模型的计算值最为准确。相比于其他两个晶面,Ge (110)的尺寸效应因子m值最高,且具有最高的硬度值,表明该晶面的塑性性能最差。     

单晶锗纳米切削过程应力场分布的分子动力学研究

为了进一步研究单晶锗的微纳米切削机理,首次采用分子动力学方法研究了材料原子的应力场分布以及不同刀具角度对应力分布的影响。采用近邻平均法计算了切削过程中不同时刻的hydrostatic应力和von Mises平均应力值。结果表明,在单晶锗的纳米切削过程中,最大平均应力集中于刀具尖端的亚表面区域,最大应力值为8.6Gpa。在切屑中也有很高的应力值,在4.2GPa左右。此外,刀具的角度也对应力场的分布有很大影响,绘制了不同刀具角度的切削力曲线。发现,刀具前角对切削力有显著影响。刀具采用负前角切削时切削力最大,而刀具后角对切削力没有影响,这与宏观切削理论相一致。     

金刚石刀具微纳米切削单晶镍亚表面损伤

采用分子动力学软件Lammps研究金刚石刀具微纳米切削单晶镍的微观动态过程，分析不同切削方向和不同切削深度下单晶镍微纳米切削过程中缺陷的类型、切削力和损伤的关系以及位错线的演化规律。结果表明：刀具的挤压和剪切作用使单晶镍工件产生高压相变区和非晶区，其亚表层存在原子团簇和位错滑移。沿[100]晶向切削，切削力最小，且位错损伤层厚度最小为2.15 nm；沿[111]晶向切削，表面层的质量最好，但损伤层厚度最大为3.75 nm。切削过程中，位错线的总长度整体呈上升趋势，[110]方向去除的原子区域最大，位错线长度最大。切削深度越大，晶体内部的位错滑移和非晶化越严重。     

纳米切削初始温度对单晶铜微观结构的影响

纳米切削会造成工件的内部微观缺陷,这种缺陷会引起残余应力的变化进而影响工件的表面质量,而这种缺陷结构与切削层初始温度有密切联系。为降低工件纳米切削加工制造中的缺陷,采用分子动力学的方法,构建了含有切削层的单晶铜纳米切削模型。首先,通过分析工件结构体积及微观缺陷的变化确定了切削层的适用初始温度;其次,分析了切削层初始温度对切削力的影响,并在不同初始温度和切削力作用下对单晶铜位错和晶格等微观结构的变化进行了分析;最后,通过实验对仿真结果进行了间接验证。结果表明：单晶铜切削层初始温度的可选范围为293~400 K;在此范围内,随着切削层初始温度的升高,切削力大小变化显著,但波动平稳,晶格结构的转变速度也随之增快;当切削层初始温度设为360~390 K范围内时,单晶铜工件的表层微观缺陷相对较少,由此可预测单晶铜工件在此初始温度范围内加工得到的表面质量较高。     

非晶层对单晶锗纳米切削影响的分子动力学研究

为探究非晶层结构对单晶锗纳米切削机制和力学特性的影响,采用分子动力学方法模拟不同非晶层厚度的非晶-晶体层状结构(A-C模型)的纳米切削过程.对纳米加工中切削力波动规律,应力状态,亚表面损伤和材料去除等关键问题进行分析.结果 表明:非晶锗(A-Ge)厚度的增加使得切削力和应力减小,切削温度升高;材料的可塑性随着A-Ge厚...     

金刚石单晶解理断裂的研究

本文通过实验观察和理论计算研究了金刚石单晶解理断裂现象.金刚石单晶晶面上实际的价电子密度并非简单的正比于原子密度.(110)晶面上原子分布不均匀.(110)晶面BQKJB区域内原子分布较少,原子密度低于其它晶面.(111)晶面的价电子键络分布均匀,且实际发生作用的价电子密度最大.计算和分析结果表明,金刚石单晶(111)晶面的有效价电子密度为46.212 nm-2,明显高于(110)晶面的38.542 nm-2,成为有效原子密排面.当金刚石受到外力作用时,(111)面间较弱的键相对更容易断裂,因而导致沿(111)面产生解理.这与实验观察结果相吻合.     

切削温度与切削力综合测量的虚拟仪器

介绍了综合测量切削平均温度和三向切削力并对其进行分析处理的虚拟仪器。利用PCI－1200卡采集热电偶测温仪和电阻应变式测力仪传输的数据。利用Lab VIEW平台开发。具有显示力和温度波形曲线、热电偶标定和测力仪刻度标定、确定切削温度和切削力指数公式的能力。提出了基于切削力和切削温度信息的切削状态判定方法。     

Tools with built-in thin film thermocouple sensors for monitoring cutting temperature

The ability to monitor in real time, the thermal activation and thermal impact to cutting tools has been very appealing to the manufacturing industries. Such responses can be measured with appropriate sensors such as thin film thermocouples (TFTs) built in cutting tools. The challenges have been to instrument the tool, equipment and sensors, which can withstand high stress and temperature in machining process. In this work, the sequence of fabricating the built-in TFTs and experimental setups are proposed and demonstrated. The cutting experiments are carried out under different cutting conditions for A6061-T6 aluminum alloy and finally cutting temperature is measured at very high cutting speeds up to 16 m/s.     

The location of the maximum temperature on the cutting edges of a drill

This study analyzes the temperature profile along the cutting edges of a drill and describes how the temperature on the chisel edge can exceed the temperature on the primary cutting edges. A finite element model predicts the temperature distribution in the drill, where the heat flux loads applied to the finite element model are determined from analytical equations. The model for the heat flux loads considers both the heat generated on the shear plane and the heat generated on the rake face of the tool to determine the amount of heat flowing into the tool on each segment of the cutting edges. Contrary to the conventional belief that the maximum temperature occurs near the outer corner of the drill, the model predicts that the maximum temperature occurs on the chisel edge, which is consistent with experimental measurements of the temperature profile.     

氧生物柴油火焰温度计算及火焰切割分析

从理论上分析生物柴油用于金属火焰切割的可行性,根据热力学理论计算生物柴油中性焰和氧化焰的理论温度,分析生物柴油燃烧过程中氧气的消耗量;并根据燃烧学对比分析生物柴油与汽油在空气中完全燃烧的火焰长度。计算结果表明:虽然生物柴油火焰温度比乙炔燃烧温度低,但能达到2436℃以上,火焰长度将近是汽油火焰长度的0.92倍,长度基本相当,说明生物柴油可用于金属火焰切割,只是预热时间应比乙炔长。这在理论上说明生物柴油可作为金属切割的燃料,为进一步进行氧生物柴油火焰切割技术研究奠定了理论基础。     

Bar diameter as an influencing factor on temperature in turning

Factors such as cutting speed, feed rate, tool material, etc., are well known to have an effect on tool wear in metal turning. However, reliable methods of wear prediction over a broad spectrum of cutting circumstance remain elusive, suggesting that not all factors have been recognised as significant and thus considered. This paper demonstrates that one such factor is bar diameter. The findings are analysed in three separate ways. All tests were performed under identical cutting conditions, i.e. cutting speeds were constant as well as the feed rate and depth of cut, also the same bar was used except for varying the bar diameter. All experiments were performed in single point turning on solid carbon steel bar (BS970 080A42), by using uncoated ISO (4957) (BS 4659 BT42) HSS insert.     

反极性等离子切割的流场及温度场数值模拟

通过建立反极性等离子切割的数值模型,模拟了不同参数下的等离子体热力学和动力学特征。结果表明,等离子体在枪体内被加热加速并在压缩孔道内达到峰值,而在扩散区域和工件切割腔内等离子体的温度和速度基本保持恒定;等离子枪体的几何尺寸(喷嘴直径和压缩孔道长度)和工艺参数(电流、离子气流量和喷嘴高度)对等离子体的温度和速度具有重要的影响。     

High temperature deformation mechanism and evolution of dislocation structure during creep of Ni-Base superalloy 713LC

Creep deformation of cast nickel base superalloy 713LC has been investigated in a temperature range of 723 to 982°C. The values of the stress exponent and activation energy for creep of the alloy vary with a combination of temperature and stress. Introduction of threshold stress for creep of the alloy provided an explanation of the high values of the stress exponent and the apparent activation energy. Microstructural evolution of the alloy with creep deformation has also been studied. The analysis of the creep mechanism has been supplemented by microstructural observations after deformation under various test conditions. The dislocation structure of the alloy at high temperature and low stress was different from that at low temperature and high stress. Shearing of γ′ particles by dislocation pairs was the dominant creep mechanism at low temperature and high stress whereas dislocation climb over γ′ particles was the rate controlling process of creep at high temperature and low stress.     

双金属温度补偿片的精整加工技术

航空用双金属温度补偿片要求能够可靠地起到温度补偿作用,对内、外形的形位公差及断面粗糙度要求较高,从分析双金属温度补偿片结构特点和冲压工艺性入手,结合生产需求,提出了小余量切削的精整加工工艺方案。详细解析了精整工艺参数设计方法,并对倒装及正装复合精整模具结构进行优劣对比分析,最终选用正装式复合精整模具结构,其能够在足够小的余量切削条件下一次完成整修加工,保证断面粗糙度要求;同时,巧妙地将3面定位改为6点定位,解决了废料挤压在定位板与工件之间而造成的操作困难以及定位板变形问题。生产实践证明,采用该工艺方法及模具结构取得的效果良好,不仅大大提高了生产效率,产品合格率也得到显著提升。     

高新切割技术在我国造船业中的应用及发展趋势

回顾了数控切割技术在我国造船行业中的应用状况，并揭示了大力推广高新切割技术对船舶工业未来发展的重要意义。     

国内自动化热切割技术发展态势分析

概述了自动化热切割技术及其在国内的应用现状，并揭示了未来先进切割技术的发展趋势．