微齿轮系统中接触齿廓间范德华力计算方法研究

为分析微齿轮系统中接触齿廓间范德华力,利用泰勒公式建立了微齿轮渐开线简化数学模型,然后根据Hamaker假设和Morse势函数,引入分子动力学中的截断半径,提出了一种计算齿廓刚刚接触时两接触齿廓间范德华力的连续介质方法.同时,采用此方法对实例进行计算并得到计算结果,证明了该方法的可行性.该计算方法的提出不仅有利于微齿轮接触齿廓间粘附分析,而且对微齿轮应力应变分析提供一种新思路.     

图像测量技术在微型齿轮测量中的应用

在分析传统接触式微型齿轮测量技术难点的基础上,提出了一种基于CCD图像的微型齿轮非接触测量的方法,采用A102fCCD数字摄像头作为图像传感器,利用图像测量技术对微型齿轮进行非接触测量.主要步骤包括:图像的采集;采用边缘保持滤波器进行滤波、降噪;采用阈值法将图像二值化,并进行边缘检测形成单像素的轮廓边缘;采用随机Hough变换对齿轮中心孔进行提取;系统的标定以及齿轮有关参数的计算等.并实际测量了微型齿轮的齿形误差和齿距误差,对测量精度进行了分析,通过对比试验证明了本系统提出测量原理是正确的、可行的,所开发的软件能够满足实际生产的需要.     

Zr基非晶合金微塑性成形工艺研究

研究了Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金(Vit.1)在370～430℃区域内等温压缩变形行为,获得其高温粘性流变规律。利用透射电镜分析Vit.1在370℃时应变软化及420℃时应变强化现象。根据所确定的高温变形工艺参数,使用快速加热精密微塑性成形系统进行了Vit.1微型齿轮成形试验,研究不同温度及载荷下的齿轮成形工艺。利用扫描电镜、原子力显微镜和显微硬度计对成形件的表面形貌和性能分析结果表明,在温度395℃及载荷350N条件下成形出的非晶合金微型齿轮性能均匀表面光洁度好,利用此微成形工艺可以获得质量良好的微型零件。     

Processing and property improvement of polymeric composites with added ZnO nanoparticles through microinjection molding

The use of nanoparticulates in polymeric materials has become a potential alternative for organic–inorganic composite materials because of their versatility in property modification and ease of batch fabrication. This paper investigates the kneading and mechanical properties of polypropylene (PP) with added nano‐ZnO powder in sizes of 10–30 nm, through batch kneading and microinjection molding processes. The results show that the PP microgears with added ZnO nanoparticles are well replicated with clear structural definition. The resulting composites with a small amount of nanofiller added exhibit significant improvement in wear resistance and mechanical properties. The possible strengthening and wearing mechanisms is discussed based on the investigation of the worn and fractured surfaces of the composites. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 102: 6009–6016, 2006     

热变形参数对微型齿轮成形影响的实验研究

为了研究凸模速度、成形温度和成形载荷等热变形参数对5A02铝合金微型齿轮成形的影响规律,设计制造了微型齿轮模具,在自行研制的微塑性成形设备上,将压入高度比作为填充程度的评价参数进行了成形实验,成功获得了质量良好的节圆直径为Ф1 mm的5A02铝合金微型齿轮.研究结果表明,压入高度比可以很好地定量表示微型齿轮闭式模锻的填充程度,成形载荷是影响微型齿轮填充程度的主要因素,降低凸模速度、提高成形温度有利于提高微型齿轮的填充程度.     

基于UV-LIGA技术的双层微齿轮模具镶块工艺

以氧化铟锡(ITO)玻璃作为基底,采用UV-LIGA技术制作了双层微齿轮型腔模具的镶块。首先,采用正胶(RZJ-304)进行光刻,在ITO玻璃表面电镀镍掩模,通过镍掩模对第一层SU-8光刻胶进行背面曝光。再利用正面套刻的方法对第二层SU-8光刻胶进行曝光,显影得到双层微齿轮的胶模。最后,进行微电铸得到双层微齿轮型腔镶块。通过实验验证了双层微齿轮模具镶块制作的工艺流程,优化了其工艺参数,克服了底部曝光不足引起的问题,并对制作工艺过程中产生的涂胶不平整、前烘时胶层不稳定、热板加热不均以及接触式曝光破坏胶层表面等问题进行了研究。所制得的双层微齿轮胶模垂直度高,表面质量好,且套刻精度高。     

基于图像处理和支持向量机的微型齿轮缺陷检测

针对微型齿轮缺陷传统检测手段落后、准确率低、不易在线实施、受人为因素影响等问题,提出了以电荷耦合器件为图像传感器,采用图像处理技术和支持向量机对齿轮缺陷进行检测的方法。首先,系统采用发光二极管照明光源提供高强度背光照明,使用A102FCCD数字摄像头采集齿轮的图像,经过图像采集卡传输到计算机。其次,采用边缘保持滤波器对含有噪声的原始数字图像进行降噪处理,采用迭代阈值法和Otsu双阈值法对齿轮图像进行分割,形成二值化图像。然后获取齿轮样本,提取样本特征。最后用支持向量机来构造齿轮缺陷识别模型。该方法识别正确率达97.8%。理论分析及实验结果表明,该方法检测成本低廉、可靠性高、推广性强、容易在线实施。     

Zr基块体非晶合金的微塑性成形性能

采用自行研制的微成形系统进行热压缩实验,分别研究成形温度、成形时间和冲头速度等对尺寸为d1 mm×1.5 mm的Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金(Vit.1)在过冷液相区微塑性成形性能的影响规律。进一步研究了不同坯料尺寸对Vit.1块体非晶合金在过冷液相区超塑性成形性能的影响程度,结果表明流动应力随坯料尺寸的减小而降低。在此基础上,利用闭式模锻方法成形了分度圆直径为d1 mm的微型齿轮,采用SEM观察成形件的表面形貌,结果表明采用微成形方法可以获得尺寸精度较高的Vit.1块体非晶合金微型齿轮。     

电化学沉积工艺的优化

电化学沉积由于可以加工基于非硅材料、高深宽比和免装配的复杂三维装置而极具潜力和优势,但是也存在加工周期长和成品率低的缺点。针对电化学沉积的缺点对加工工艺进行优化,包括工艺流程、去胶、清洗、平坦化和铜刻蚀,并通过加工一个5层微齿轮传动装置来比较优化前后的加工时间和成品率。测试结果表明:工艺流程优化将加工2层的用时从246 h缩短到201 h,缩短了约18.3%;去胶工艺的优化将去胶速度提高到1μm/min;清洗工艺的优化提高了层与层之间的结合力,提高了成品率;平坦化工艺的优化将平坦化工艺用时从40 h缩短到24 h,缩短了约40%;铜刻蚀工艺的优化将铜刻蚀工艺用时从60 h缩短到24 h,缩短了约60%。5层微齿轮传动装置的总加工时间从675 h缩短到357 h,缩短了约47.1%;成品率从约4.5%提高到约90.9%。产品测试结果显示器件的加工尺寸与设计尺寸较一致。     

面向MEMS的微型挤出成形技术

阐述了微成形技术领域中的一种新兴技术——微型挤出成形，并着重介绍了一种微型后挤出机成形微齿轮的原理和相关技术，指出了发展面向微机电系统(MEMS)的微型挤出成形技术必须解决的问题和关键技术。