基于热喷涂材料电化学极化特性的电解磨削液研究

碳化钨硬质合金涂层材料由于其高硬度、高耐磨性等特性在航空航天和国防等领域具有重要的应用,电解磨削加工是实现其高效低损伤加工的重要方法,而电解磨削液是影响电解磨削加工表面完整性和效率的重要因素。针对碳化钨硬质合金涂层材料的电解磨削加工,研究了阳极极化曲线对于电解磨削液选择的影响规律,通过分析动电位、恒电位阳极极化曲线,选择适合于加工该材料的电解磨削液配方,并使用所选电解磨削液通过实际加工验证效果。     

纯钛微细群孔的超声辅助光刻电解加工

采用光刻电解技术,可以选用对环境污染影响小、成本较低的腐蚀液,实现难蚀除金属材料的微细阵列结构加工,优于化学腐蚀方法。为克服电解过程中局部产生的热量和析氢造成的腐蚀不均,进行了纯钛（Ti的质量分数为99.6%）微细群孔的超声辅助光刻电解加工试验研究。试验结果表明,超声能显著改善极间工作液的循环,通过合理选择极间距离、电参数和声场参数等工艺条件,可以有效降低表面粗糙度,材料蚀除速率达到30μm/min。

     

仿生非光滑表面技术在机械工程中的应用

仿生技术是将各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究,实现新的技术设计并制造出性能优越的新型仪器、机械等。仿生学研究发现,许多生物体表所具有的某种特定非光滑形态有着较好的耐磨特性。目前,对生物非光滑技术的研究,主要集中在非光滑表面的耐磨、降噪和抗疲劳等方面。本文总结了仿生非光滑表面技术在制备缸套、齿轮、轧辊、模具等方面的应用研究及进展情况。随着仿生非光滑表面技术在机械工程中的广泛应用,提出了仿生非光滑表面技术的发展方向和应用前景。     

注塑模具型腔表面阵列微结构的蚀刻技术

设计了一种简单的掩模,并通过控制蚀刻液的喷淋压力进行了平滑阵列微结构研究。研究发现,蚀刻液喷淋压力对微结构的加工形貌有显著影响,蚀刻深度和侧蚀量随蚀刻液喷淋压力增大而增大。研究整合了多次加工和控制喷淋压力的工艺,得到了理想的无棱边棱角、结构均匀的深度渐变型阵列微凸结构。最终在注塑模具表面上加工出宽度为200μm、深度约60μm的无棱边棱角、过渡平滑的阵列微结构。     

微流控芯片模具化学蚀刻制造工艺研究

为制造微流控芯片模具实现微流控芯片的大批量生产,采用三酸型蚀刻液对图案掩膜的P20模具钢进行蚀刻加工。观测蚀刻的微流道形状和尺寸,分析蚀刻深度、流道宽度、蚀刻因子和面粗糙度等随加工时间的变化规律。结果表明加工时间越长,微流道侧壁垂直性越好,蚀刻因子越大,但面粗糙度越差。因为反应产物附着于工件表面,特别是侧壁上,使侧向蚀刻速度低于深度方向蚀刻速度,而蚀刻反应产生热量,使工件反应表面温度升高,蚀刻速度加快,影响表面质量。蚀刻反应中,合理控制掩膜尺寸、加工时间、搅拌速度和反应温度等,才能得到满足要求的微流控芯片模具。     

基于材料阳极极化特性的电解磨削液研究

3J33B高强度弹性合金钢具有强度高、弹性模量大等特性,广泛应用于制造航空航天领域的弹性元件。由于该合金是典型的难加工材料,机械加工很难达到质量要求。电解磨削技术在加工难加工材料方面具有很大的优势。对于电解磨削,磨削液对电化学磨削过程中钝化膜的产生具有重要作用,并影响表面完整性;而材料的极化特性受材料和电解液种类及浓度等因素的影响。由于材料的极化特性可以反映材料在电解液中的钝化特性,因此,极化特性研究可为电解液选择提供理论依据。本文利用电化学工作站对材料的极化特性进行试验研究,选择易于生成钝化膜的电解磨削液。     

水压马达非光滑表面配流副承载特性的数值模拟

为提高低速大扭矩水压马达配流副的承载能力,进而降低摩擦减少磨损,延长其使用寿命,构思了具有6种不同凹坑形状的非光滑表面配流盘。运用数值模拟的方法,对非光滑表面配流盘与马达转子端面组成的配流副间的液膜压力分布和承载能力进行了数值计算,分析了非光滑表面凹坑深度、形状以及转子转速对承载力的影响。结果表明：具有相同凹坑深度的非光滑表面配流副间液膜承载力随转子转速的增加而增大;相同转速下,圆形锥坑、方形锥坑、圆形半球坑所组成的非光滑表面,其承载力随凹坑深度的增加近似呈线性减小,但减小的缓慢,其中圆形锥坑的非光滑表面配流副承载力对凹坑深度的变化最不敏感,且承载力较高;相同转速下,圆形柱坑、方形柱坑、三角形柱坑所组成的非光滑表面配流副液膜承载力随凹坑深度的增加近似呈双曲线规律减小,且承载力在凹坑深度不小于0.5 mm后基本相同,但比圆形锥坑、方形锥坑、圆形半球坑所组成的非光滑表面承载力小很多。该研究工作对于低速大扭矩海水液压马达非光滑表面配流副的设计及工程应用具有借鉴意义。     

双叶片套型电解加工流场设计及优化

具有大小双叶片的扩压器能够改善压气机的性能,在航空发动机中得到广泛应用。此类构件多采用高温合金等难切削材料制造,传统铣削加工存在刀具损耗等问题。电解加工技术具有无机械切削力、工具阴极无损耗等特点。提出一种双叶片套型电解加工的方法,基于法向流程等距的原则设计了叶间出液通道,建立了出液通道宽度递增的流道模型,开展了流场仿真研究,当出液通道的宽度为0.9 mm时,加工区域内电解液的流速分布最均匀。选择GH4169材料进行了双叶片套型电解加工的对比试验,试验结果表明,采用叶间出液的电解液流动方式,加工稳定性得到提高,阴极进给速度由0.6 mm/min提高至1.0 mm/min,材料去除速率达到1 396.5 mm³/min,叶片锥度降低至1：14.29以下,轮毂表面形貌得到改善。     

长窄型薄壁叶片的套料电解加工

为实现长窄型薄壁叶片的套料电解加工,设计了电解液沿叶片轮廓四周进液的流动方式,开展了导流式出液和开放式出液的仿真对比分析,结果表明,导流式出液可以明显改善加工区域内流场的均匀性。开展了薄壁叶片套料电解加工试验研究,在进给速度1.4 mm/min下实现了薄壁叶片的套型加工,轮毂表面粗糙度从0.532 μm 降低至0.307 μm,叶片型面粗糙度从0.816 μm 降低至0.583 μm。     

仿生非光滑表面在高压海水轴向柱塞泵配流副中CFD研究

采用半球凹坑单元构思光滑-非光滑交错分布的非光滑表面配流盘,通过CFD研究凹坑等分数(Nf)、直径(d)以及坑径比(З)对配流盘的水膜压力场、凹坑中速度场及举升力的影响。研究结果显示,非光滑表面可以产生动压效应,从而改善配流盘的润滑性能。当Nf=12,d=0.5 mm,З=0.7时,配流盘的润滑水膜所产生的举升力最大,效果最优。为高压海水轴向柱塞泵配流盘的非光滑表面设计提供了理论参考。     

仿生非光滑表面对低速大扭矩水压马达配流副承载性能的影响

通过在低速大扭矩水压马达配流盘上设计不同凹坑形仿生非光滑表面,并建立配流副的全水动压润滑模型,基于湍流理论,利用 Fluent 软件研究仿生非光滑表面对低速大扭矩水压马达配流副液膜表面压力分布、承载力的影响。研究表明: 对于低速大扭矩水压马达配流副,在相同凹坑深度和运动速度的条件下,凹坑壁面与液膜表面接触角为锐角时的液膜表面承载力要大于其为直角时的液膜表面承载力;在转速一定时,深度对圆形锥坑的液膜表面承载力的影响很小,在边界润滑的情况下,通过适当增大凹坑深度,可以防止较浅的凹坑由于磨损严重而导致的失效。     

超声波酸洗在镍电解系统中的应用

为了在镍电解精练过程中去除导电棒表面的污垢和氧化物设计了一种超声波酸洗系统,该系统使用了超声波装置和一定浓度的酸液,可以将导电棒表面清洗干净,保证了导电棒除污后使用的效果和电解时产品的质量.并且整个过程实现了自动化.     

电话机面壳注射模具CAD/CAE/CAM关键技术研究

模具的CAD/CAE/CAM是一项重要的模具先进制造技术。借助于该技术,可以实现模具方案的分析、优化和模具设计,缩短模具的制造周期和提高产品质量;可以对产品的成型、注射工艺参数、相应的模具结构和模具的制造工艺进行设计和优化。电话机面壳属于较薄、形状复杂和表面粗糙度要求较高的塑件。首先,在模具结构设计前应进行方案的分析,选择比较合理的浇注系统和冷却系统方案;其次,在方案分析的基础上,设计模具结构;最后,导入产品实体造型,用Mastercam数控铣床加工,在软件环境内可模拟加工,及时发现工艺失误。     

CST液黏传动摩擦副表面织构技术研究

可控起动传动装置(Controlled Start Transmission, CST)为重型刮板输送机提供了一种软起动、过载保护和多机功率平衡的可靠方法。液黏摩擦传动单元(Hydro-viscous Drive Unit,HDU)是CST装置的核心,它包括多组摩擦副。摩擦副的可靠性和耐磨性能直接决定了CST装置的整体性能。以粉末冶金和激光表面工程技术为基础,提出以仿生非光滑表面来改善和提高摩擦副机械耐磨性能的新思路。利用激光直接沉积和激光脉冲钻孔技术,制备了具有不同非光滑表面形态和参数的非光滑表面试样。通过表面形貌分析和摩擦磨损试验发现:激光直接沉积过程的基板预热(600℃),有助于提高激光沉积试样的表面质量,包括表面形貌、裂纹抑制控制以及沉积材料与基板结合位置的晶粒细化等;与光滑试样相比,具有非光滑表面形态的试样具有更好的耐磨性能,在试验条件下,当小孔间距等于1 mm,小孔直径等于0.8 mm时,材料表面具有最好的耐磨性能。该研究为CST装置液黏传动摩擦副的未来研究和试制提供了新的方法。     

CMP过程中抛光垫表面沟槽对液膜厚度影响研究

抛光垫表面沟槽结构是决定抛光液抛光效果的重要因素之一。为了研究抛光垫表面沟槽对化学机械抛光过程的影响,设计并搭建了高速摄影仪在线检测平台,检测并研究了有无沟槽及不同类型沟槽结构对液膜厚度的影响。实验结果表明:抛光垫开槽可以增加抛光液液膜厚度分布均匀性;在同心圆型、放射型、网格型、复合型4种类型抛光垫结构中复合型沟槽具有最优抛光效果。     

钛合金疏水表面微坑阵列的掩膜电解加工仿真与分析

为改善钛合金疏水性能,获得较高的接触角,使用掩膜电解技术对钛合金进行了凹坑阵列表面微织构的加工。首先,建立微坑阵列掩膜电解加工的数学模型并进行多物理场耦合仿真;其次,分析掩膜电解加工参数对微坑阵列的作用,并借助润湿理论模型获得微坑阵列的固-液接触面积比;最后,以该面积比为因变量,以电解质质量分数、电解电压和掩膜尺寸为自变量,进行正交试验仿真和极差分析,获得最佳工艺参数组合。与仿真预测值相比,微坑阵列单元体直径、间距、深度、固-液接触面积比和表面接触角的测量值误差均小于8%,从而表明该方法在未经低表面能材料修饰的情况下,成功制备了接触角约为140°的微坑阵列。     

小型水下巡航机器人表面减阻仿生设计

为提高小型水下巡航机器人作业过程中的行进效率，基于仿生设计方法进行表面减阻设计。利用边缘提取算法和GetData软件对灰鲭鲨鱼鳞片形态与结构进行特征分析和数据提取；运用Shapr 3D和Rhino软件构建了鳞片三维模型和仿生非光滑结构表面，通过Fluent软件进行流体仿真分析，对比不同流速下的剪切应力。结果表明：当来流速度大于6 m/s时，非光滑表面剪切应力小于光滑表面剪切应力，流速为8 m/s时减阻率最高可达2.9%。仿生灰鲭鲨鱼鳞片非光滑表面模型在一定范围的来流速度下具有较好的减阻效果，但减阻率会随来流速度的增加先增后减，在特定流速下，减阻效果最佳。     

非光滑结构在轮胎降噪声抗滑水中的应用研究

运用ABAQUS对具有横向花纹沟的轮胎滚动进行仿真,提取轮胎沟槽表面在轮胎接地过程中随时间的变形曲线。建立单个在花纹沟表面带有非光滑结构的横向花纹沟及其周围的空气域模型,在沟槽表面加载从ABAQUS中提取的变形曲线,利用FSI方法分析了非光滑结构对泵吸噪声的影响,并利用CFD对带有非光滑结构的沟槽进行滑水分析。分析结果表明在花纹沟壁上适当添加非光滑结构,可以达到既降噪又提高滑水速度的目的。     

流场动态分析与主动分流的复杂曲面构件电解加工技术研究

正项目负责人:徐正扬(E-mail:xuzhy@nuaa.edu.cn)依托单位:南京航空航天大学项目批准号:510051191.项目简介整体叶盘/叶片等复杂曲面构件是航空发动机中最为重要的零部件,其型面扭曲、结构复杂、材料难加工、精度要求高,对制造技术提出了很高要求。电解加工技术是制造难加工材料复杂曲面构件的主要制造方法,其中流场问题是电解加工技术的核心环节。本项目针对整体叶盘/叶片等复杂曲面零部件的电解加工技术开展研究,重点研究复杂曲面电解加工的流场问     

电极丝前置式射流电解加工铣削微槽试验研究

射流电解加工广泛应用在航天、军工、汽车、电子等制造领域,多用来进行工件表面微结构的加工,是一种高效低成本的方法。电极丝前置式射流电解加工利用液束中的电极丝将电场集中约束在主要加工区域,相比于传统射流电解有着更高的加工效率和质量。通过搭建试验平台并在不锈钢工件表面进行微槽铣削试验,验证了该方法的实际加工效果,初步得到了电压、电极丝直径、单次进给量等参数对加工结果影响的工艺规律。当选用直径100μm侧壁绝缘的电极丝时,扫描5次可以得到槽宽最小为400μm,槽深120μm的直槽。试验结果表明,电压和加工间隙影响电流密度的大小,主要决定了加工效率和质量,而电极丝和液束的状态则决定了特征的精度和形貌。