微细电火花分层铣削加工实验研究

电极损耗对工件加工质量的影响显著,为保证微细电火花铣削的加工精度,需要对工具电极给予合理补偿。基于倒圆锥形电极端面,采用定长补偿法模型,进行了微型槽电火花分层多道铣削实验,并在此基础上采用层间正交加工轨迹以及通过机器视觉技术采集到稳定加工后的电极端部图像,进而确定合理的轨迹重叠路径。实验结果表明,此电极补偿模型能够有效的对电极损耗进行补偿,并且正交轨迹加工方法使加工时间缩短了50%,残切去除明显,获得了良好的加工精度。采用超景深显微镜观察所加工的微型槽底截面的直线度很好,加工深度偏差在2μm左右。     

高速电火花线切割制备耐用型超疏水铜表面

采用高速电火花线切割机床在铜表面构筑复合粗糙结构,经自组装技术处理后得到了超疏水铜表面。结果表明,高速电火花线切割机床在铜表面构筑陨石坑-突起-鳞片-气孔-颗粒复合粗糙结构,该复合结构形成了"气垫"效应,实现了超疏水功能,表面静态接触角达153.73°,滚动角为2.33°。研究了脉冲宽度对表面疏水性能的影响,结果表明,脉冲宽度对铜表面复合粗糙结构的形貌和水滴在表面的接触状态都有十分重要的影响。随着脉冲宽度的增加,铜表面陨石坑直径随之增大,陨石坑深度减小,单位面积内的突起物数量随之减少。微观结构的变化导致水滴在铜表面的接触状态由Cassie模型向Wenzel模型转变。胶带剥离试验表明超疏水铜表面具有良好的耐用性,剥离后的试件具有良好的可修复性和时间稳定性。     

针头表面改性及穿刺阻力实验

基于非光滑表面减阻理论,采用化学刻蚀的方法在不锈钢针头上构建微观结构。利用光学视频测试仪和超景深三维扫描系统分别对试样表面的润湿性和微观结构进行了检测与表征。通过测量接触角和穿刺阻力试验研究其疏水性和减阻特性关系,并对其穿刺减阻机理进行了分析。试验结果表明：试样接触角越大,减阻效果越明显。研究其机理发现,化学刻蚀形成的微观结构增加了针头表面的疏水性能,降低了针头表面的摩擦系数,从而达到了减阻效果。因此,经化学刻蚀方法可以在一定程度上调控不锈钢针头表面的疏水性进而控制其减阻特性。     

电火花线切割制备超疏水铜表面的正交试验

采用电火花线切割技术在铜表面构筑了复合粗糙结构,经自组装技术处理后得到了超疏水铜表面,通过正交试验方法对电火花线切割机床的脉冲宽度、脉冲间隔和峰值电流(功率管个数)参数进行了优化,并讨论了电火花线切割机床放电参数对表面润湿性能的影响。结果表明,电火花线切割机床在铜表面构筑出陨石坑-突起复合粗糙结构。不同的电火花线切割加工参数产生不同尺度的微观结构,并影响铜表面的疏水性。当脉冲宽度为32μs,脉冲间隔为128μs,功率管为2个时,制得的铜表面静态接触角最高,为156.42°,滚动角为3°,为超疏水铜表面工业化生产提供了理论支撑。     

微孔阵列结构的纳秒激光制备及陷光性能研究

为了制备形状可控、有序阵列的陷光微结构表面,使用纳秒激光器在钛合金(Ti6Al4V)表面加工呈六角形分布的微孔阵列结构,研究了不同激光扫描次数对表面微孔阵列结构形貌和反射率的影响。研究结果表明,随着激光扫描次数的增加,微孔结构表面的反射率逐渐降低,当激光扫描次数增加至40次时,微米级孔洞的直径约为(68±5)μm,孔洞深度约为(175±5)μm,在400 nm～1 000 nm波长范围内微孔阵列结构表面的平均反射率降低至1.3%。纳秒激光制备的微孔阵列结构表面有效增强了钛合金表面的陷光性能,在光学隐身、屏蔽杂散光等领域内具有重要的应用前景。     

电火花-激光复合加工减摩钛合金表面试验

采用电火花-激光复合加工方法在钛合金表面加工出微米-纳米多尺度微结构,对表面微结构形貌及摩擦性能进行了测试和分析。结果表明,电火花-激光复合加工形成的微结构可有效降低钛合金表面摩擦系数。当电火花脉冲宽度为8μs,脉冲间距为40μs,激光功率为10W,结构间距为60μm时,微坑半径约为20μm,钛合金微纳米表面摩擦系数为0.1748,较基体降低40%以上,实现了低成本钛合金减摩擦表面制造。     

7075铝合金铣削残余应力及表面质量试验研究

采用直径1的4刃硬质合金立铣刀(4HCE040110S04)对7075铝合金进行单因素铣槽试验,研究已加工表面粗糙度、铣削表层残余应力以及槽底表面质量随切削参数的变化规律。通过试验得出以下结论:随着切削速度v的增大,槽底面粗糙度逐渐增大,已加工窄槽表层残余应力逐渐减小,毛刺与卷边增多;随着进给速度的增大,铣削的窄槽底面粗糙度逐渐增大,已加工窄槽表层残余应力逐渐增大,毛刺与卷边明显增多;随着切削深度的增大,铣削的窄槽底面表面粗糙度逐渐增大,已加工窄槽表层残余应力逐渐增大,毛刺与卷边增多;铣削的窄槽底面两走刀路径之间存在明显的隆起。     

钛合金不同微结构摩擦磨损试验研究

为了增强钛合金表面的耐磨性,采用激光加工技术在钛合金表面加工出不同间距的沟槽结构,并利用低速低载荷干摩擦方法,研究钛合金沟槽表面在不同对摩角度下的摩擦磨损性能,然后进行磨损前后形貌的观测,磨痕深度的测量及元素的分析,结果表明:沟槽表面与未织构化表面相比,沟槽表面减摩耐磨性能都有明显的提高,并且O元素和Fe元素都有所增加;沟槽间距为500μm的表面,在60°对摩角度下摩擦系数最小,然而在90°对摩角度下的耐磨效果最好.     

超疏水铝合金表面的制备及耦合机理分析

为制备超疏水铝合金表面,采用高速电火花切割技术在铝合金表面加工类水稻叶表面的沟槽结构。通过扫描电子显微镜(SEM)观测材料表面形貌,采用接触角测量仪表征水滴在材料表面的疏水性和黏附性。结果表明： 铝合金表面形成了排列规则的微米级沟槽结构,沟槽突起和底部覆盖着微米级凹坑、突起物和纳米级错层等结构。铝合金试样表面的接触角由加工前的61.24°提高至157.71°,最大达165.36°,实现了材料表面亲水向超疏水的转变。提拉法表明加工的铝合金表面具有高黏附特性。将测得的接触角与CassieBaxter模型计算的理论值进行比较,发现试样表面的超疏水性是微米级和纳米级等复合结构共同耦合作用的结果。铝合金试样表面的多尺度结构不仅提高了材料表面的疏水性能,同时也形成了试样表面的高黏附特性。