硬脆材料的磨粒加工仿真技术

单晶硅等硬脆材料具有高硬度、低断裂韧性等特性,属于难加工材料,其加工表面易产生微裂纹、亚表面损伤层等缺陷。影响硬脆材料磨粒加工过程的因素复杂,一般用仿真技术来研究磨粒加工硬脆材料的去除机理等。本文概述了硬脆材料磨粒加工相关研究中广泛应用的网格法、无网格法以及网格与无网格结合方法,对比分析各仿真方法的特点及存在的局限性并提出未来的研究方向。      

磨削淬硬——磨削加工与表面淬火集成制造技术

磨削淬硬是利用磨削热对工件表面进行淬火处理的新技术 ,该技术在一定范围内可替代表面感应淬火、火焰淬火等表面热处理工艺 ,便于将表面淬火工艺与机械加工工艺集成化 ,有助于降低产品成本 ,缩短产品生产周期。     

环形树脂结合剂金刚石线锯研制

固结磨料线锯切割相当于磨削加工,切割表面损伤层浅,因而锯切表面质量更高.电镀金刚石锯丝已经在工程实际中获得一定应用,但制造成本较高.而树脂结合剂锯丝成本则非常低.本文用1Cr18Ni9不锈钢丝作为环形锯丝的基体材料,其焊接接头可承受最大拉力110 N,疲劳寿命超过1.2×105次.不锈钢丝经表面处理后,直接刷涂树脂金刚石磨料混合物,再经过干燥及烘烤工序制成树脂结合剂金刚石线锯丝.涂层中树脂占35%、金刚石磨料(平均直径20μm)占50%、纳米铜粉占15%.用该锯丝切割硅晶体.切割速度4 m/s,恒力驱动进给.检测证明:切割表面平整,表面粗度达Ra0.8 μm.原因是树脂结合剂弹性较好,能有效地减小切割系统的振动,但其切削效率、使用寿命方面不如电镀金刚石线锯高.     

40Cr钢磨削强化的试验与数值仿真

利用磨削过程中产生大量的磨削热使40Cr钢表层的温度升高,超过奥氏体化的温度,然后快速冷却,使40Cr钢表层发生马氏体相变,达到强化40Cr钢表层的目的。在磨床上对40Cr钢进行磨削试验,观测并分析工件横断面相变层的组织变化、厚度值和硬度变化,以及加工后工件表面的粗糙度。借助有限元分析方法,对工件的温度场进行仿真,得出工件各处的温度变化历程,由马氏体相变条件来获得表层马氏体相变层的厚度值。试验结果表明,40Cr钢的表层发生了马氏体相变,表层的硬度值得到极大提高,表面粗糙度也满足常规磨削的要求。由有限元仿真得出的相变层厚度值和试验结果相吻合。因此利用磨削强化技术替代40Cr钢高频淬火强化工艺是可行的,并且这项技术可以对其他合金钢进行强化。借助有限元方法对工件表层的温度场进行仿真,可以预测相变是否发生和相变层的厚度,优化磨削参数,减少试验研究的次数和成本。     

评估内燃机隔振系统功率流传递的一种新模型(英文)

为准确评估弹性复杂隔振基础条件下振动内燃机的功率流传递水平,采用 Mindlin 板替代传统的Kirchihoff 薄板,建立了一种涵盖多种隔振基础形式的普适模型.运用子结构技术和变分理论,推导了隔振系统的控制方程以及传递到较厚甚至不同配置方式的各向异性复杂梁式基础的功率流.与基于各向同性薄板基础的传统模型相比较,研究了普适隔振系统功率流的传递特性.仿真研究表明,所提模型是有效的,可得到比传统模型更加准确的结果.     

纵向振动圆管流场与阻力特性的数值模拟

在绝大多数换热设备中,流体绕流诱发的管束振动现象普遍存在,并在很大程度上决定强化换热的效果.由于对换热管束振动条件下的流场与换热特性缺乏深入的分析,影响了流体诱导振动强化传热技术的推广应用.利用CFD流场软件对换热管束强迫振动条件下的流场分布、换热特性及振动阻力状况进行了数值模拟研究,考察了管束振动频率在0.33～50 Hz范围内漩涡生成与脱落形态以及换热管束的局部场协同程度.数值模拟结果表明,管束较高频率的振动显著改善了流场的场协同度,提高了换热效率.     

单晶硅裂纹萌生的刻划深度研究

单晶硅作为典型的脆性材料,实现其塑性域去除加工的关键是使切削深度小于裂纹萌生切削深度。采用断裂强度理论,建立单晶硅刻划加工时的径向裂纹、中位裂纹和横向裂纹萌生刻划深度计算方法,计算得到裂纹萌生的刻划深度和划痕深度。设计高速刻划单晶硅的玻氏压头试验装置,并进行单晶硅片刻划试验,实测其径向裂纹萌生的划痕深度,其划痕深度计算值与试验测量值一致性较好。      

一种带摆动机构的线锯床的设计

由于线锯切割具有切片薄、表面翘曲变形小、厚薄均匀和切口损失小等优点，被广泛用于单晶硅切片加工。本文介绍了单晶硅切片加工的常用设备及其特点，分析了主要影响因素，设计了一种带摆动机构的线锯床。该摆动机构由伺服电机驱动并自动控制，与传统线锯床相比，其锯丝可绕其中点转动，加工圆形工件时，能保持锯丝与工件的接触长度最短或不变。本文还指出了该锯床制造中的几点工艺问题。     

磨削过程中低温磨削液及供液装置的开发及研究

本文针对磨削过程中的过高的磨削温度问题，研制开发了一种新型的低温供液装置，解决了工程中的实际问题。本文还采用有限元方法对采用低温供液装置的进行冷却润滑的磨削温度场进行了分析，通过仿真分析及实验验证了这种低温供液装置可以大大降低磨削区的温度，有效减少磨削烧伤，效果良好。     

机械密封端面宽度对密封性能的影响

这里通过试验研究了转速和密封面宽度对机械密封性能的影响。通过分析发现,转速和密封面宽度都是影响端面温升的重要因素,窄的密封面可以明显地降低端面温升。在混合摩擦条件下,密封面宽度对摩擦系数的影响很小。