T2铜箔精密微冲孔工艺

随着微机电系统的飞速发展,微孔类零件广泛应用于生物医疗、微电子以及纺织印染等领域中,要求尺寸精度高、断面质量和重复性好,并且能够实现低成本批量制造.微冲孔技术具有传统塑性加工工艺的优点,生产效率高,工艺简单,成形件性能好和精度高,非常适合微型零件的低成本批量制造.针对箔板微孔类零件,设计了一套精密微冲孔模具,采用微冲孔技术研究了冲裁条件对微冲孔工艺的影响规律.结果表明,微冲孔过程与传统冲裁类似,经由弹性变形阶段和塑性剪切阶段,最后断裂分离.微孔断面分布仍然包括圆角、光亮带、断裂带和毛刺.随着相对冲裁间隙的增加,最大剪切强度先降低后逐渐增加;随着冲裁速度的增加,铜箔微冲孔过程最大冲裁力和最大剪切强度逐渐减小,微孔断面光亮带高度增加,断面质量提高.最后,在最佳的冲孔工艺即冲裁间隙为5%、冲裁速度为20mm/s的条件下冲出直径为0.4mm质量良好的微孔.     

空化水射流在渐进成形与冲蚀领域的对比分析

目的 将高压水射流渐进成形技术与空化现象相结合,探索一种新的加工形式——空化水射流渐进成形技术,研究不同空化喷嘴内部结构、工作靶距对成形和冲蚀的影响。方法 设计了5种不同内部结构的空化喷嘴,在相同工艺参数和不同靶距的条件下,对厚度为0.5 mm、尺寸为200 mm×200 mm的5052铝合金板以及厚度为10 mm、尺寸为50 mm×50 mm的1060铝合金块进行成形和冲蚀实验,测量样品成形高度和冲蚀损失质量,观察电子显微镜下样品的冲蚀外貌形态。结果 喷嘴内部结构对空化效果有很大影响,有锥形扩散段的喷嘴空化效果更好,作用半径更大。喷嘴的作用区域呈3层圆环状,由许多涡旋组合而成。产生的空泡沿流动方向运动,在靶体附近溃灭,释放冲击力。在成形和冲蚀2种工况下,均存在最佳靶距,且随着靶距的增大,空化水射流的表面形态也发生变化,圆环的第1层直径保持不变,第2层、第3层直径显著增大。结论 空化喷嘴的内部结构和靶距对空化水射流成形和冲蚀的影响较大,在实际生产应用中应根据使用场景、工作范围选择合适的工艺参数,以提高效率。     

微型胶囊机器人外壳的淹没式空化射流成形质量分析

目的 针对微型胶囊机器人外壳成形的技术难题,提出了一种基于淹没式空化射流冲击箔材的微型机器人外壳成形方法,分析了微型外壳的成形质量。方法 基于微型胶囊机器人外壳的特征尺寸设计模具,利用淹没式空化射流试验装置,完成了对T2铜箔的高能冲击成形试验,分析了淹没式空化射流的成形原理,讨论了微型外壳的成形深度、表面粗糙度、厚度减薄率以及纳米硬度。结果 在空化射流冲击成形过程中,微型外壳成形深度的增长率随成形时间的延长而减小,最大成形深度可达291.4 μm(模具最大深度为300 μm);成形后微型外壳表面粗糙度Ra值由0.789 7 μm逐渐增加至1.057 6 μm,厚度减薄率为10%~25%,纳米硬度提高了21.78%~46.64%,最大硬度增长率出现在刃口处。结论 在淹没式空化射流成形过程中,微型外壳的成形深度与模具的相当,微型外壳表面存在小幅度粗化现象,成形后减薄率降低,纳米硬度大幅提高,抵抗外界破坏能力提高。     

非淹没双空化射流流场及冲击特性数值模拟

空化射流具有比同等条件下普通水射流更强的冲击力，被广泛应用于各种领域。为进一步提高空化射流的工作效率，提出了新型的非淹没双空化射流。基于多相流Mixture模型和RNG k-ε输运方程，研究了双空化喷嘴中内外喷嘴径向间距D₀与出口轴向间距L,以及外喷嘴来流压力P₁对射流轴线速度、压力、含气率与比能的影响，并分析了最优D₀,L,P₁组合下射流冲击平板的壁面压力分布特征。研究结果表明，当D₀=1.5 mm,且L=2 mm时射流的流场特性最优，在此结构下的最优靶距为20～25 mm。对该非淹没双空化射流冲击特性分析发现，相比于传统中心体空化喷嘴，其可产生体积更大的空化云和更好的冲击效果。研究结果可为空化射流的高效应用提供理论基础。     

空化水射流冲击微成形数值模拟与实验研究

利用空化水射流中空泡溃灭产生的高压冲击波使TA2箔材产生微塑性变形,分析水射流主要工艺参数对微成形质量的影响规律。采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟和实验研究对比的方法,通过不同冲击压力和持续时间对成形深度、成形件厚度减薄率影响的数值模拟,并进行成形工件形貌的实验验证。结果显示,对于不同冲击压力峰值和冲击压力持续时间下的板料成形,随冲击压力峰值和持续时间的增加,其成形深度、成形件厚度减薄率呈正比增加;当数值模拟冲击压力峰值Pmax=2.2 GPa、冲击压力持续时间t=40 ns时,与实验入射压力P=20 MPa、冲击时间t=1 min时的试样截面轮廓成形曲线和截面厚度减薄结果比较一致。TA2箔材微成形件圆孔阵列特征在空化冲击区内表面质量良好,具有较大的成形深度及其较好的成形深度一致性。     

304不锈钢板冷冲及其冲裁质量研究

为提高冲裁件质量,降低废品率,研究不锈钢板冷冲过程及冲裁间隙对冲裁件质量的影响规律.本文采用板料冲孔试验:以2 mm厚的同一规格304不锈钢板为试验材料,以凸模直径为冲孔公称尺寸,通过更换不同直径的凹模改变冲裁间隙,完成在不同冲裁间隙下的冲裁试验.试验采集了冲裁力随冲裁行程的变化曲线,分析了冲孔件断面形貌,测量了断面光亮带的孔径和高度、毛刺高度以及断裂带的孔径,并拟合各参数与冲裁间隙之间的关系曲线,研究不锈钢板冷冲过程中冲裁力的变化及冲裁间隙对尺寸精度、断面质量的影响.试验结果表明:不同冲裁间隙下冲裁力-冲裁行程曲线变化趋势基本一致,与冲裁3个变形阶段互相对应,冲裁力达到最大值时光亮带结束;冲裁间隙对冲孔件质量影响显著,冲裁间隙较小时,断裂带形貌呈韧窝状,而较大时断裂带形貌呈台阶状.研究表明:在试验给定大冲裁间隙条件下,当冲裁间隙为15%t左右时,冲孔件尺寸精度最高且断面质量最好,即冲孔件质量最好.     

合理增大冲裁间隙对模具寿命的影响

本文通过对加工冲裁零件时模具凸、凹模间隙值确定的论述,介绍了一种冲压加工工艺理论,并讲述冲裁件模具的设计经验及其应用     

微磨料浆体射流形成过程的能量传输

为了研究微磨料浆体射流形成的能量传输与转换,用碳化硅磨料对40CrMnMo7钢进行冲击,建立数学模型描述冲击力与射流压力、喷嘴效率、射流流量、水力功率等参数的相互影响,通过测量射冲击力、射流流量来预测射流系统的单位水力功率的出力状况。结果表明,该数学模型可以预测射流冲击力与水力功率之比,由系统压力模型计算的冲击力比实验结果小20%;在射流的滞止区内,压力与冲击力不呈线性关系,在相同压力下,磨料粒子具有更大的动能,微磨料浆体射流冲击力比纯水射流的大20%,单位水力功率提供的射流冲击力随着射流压力的增大而减小;射流冲击力随着喷嘴直径、射流压力的增大而增大,在靶距较小的情况下,冲击力随着靶距的增大而增大,当靶距达到一定值时,冲击力随着靶距的增大而减小。     

高压喷嘴内部空化流动的数值模拟研究

高压柴油喷嘴入口流动分离产生的局部低压会诱发空化现象。该文利用k-ω SST 两方程湍流模型和k-kl-ω湍流/转捩模型对某喷嘴内无空化及空化流动进行数值模拟。结果表明k-kl-ω模型可有效预测喷嘴入口回流区分离转捩过程, 且喷孔内空化流的空泡位置、形态及出口质量流量与实验结果吻合很好, 能更准确模拟喷嘴内空化流动, 而k-ω SST 模型忽略了分离转捩过程, 难以预测喷嘴内部的初生空化及流动特性。进而采用k-kl-ω模型探讨了喷嘴入口回流区流动结构及转捩过程对空化初生及发展的影响, 揭示出回流区长度、压力及脉动能强度分布特性, 为深入研究喷嘴射流雾化机理提供依据。     

双重正间隙冲裁构想与试验研究

为提高普通冲裁件断面中剪切面高度,在总结现有各种冲压分离工艺方法的基础上,提出了一种新的厚板冲裁构想,其模具结构设计为:阶梯型冲头或阶梯形凹模,且为双重正间隙.制作了原理性试验模,用材料厚度为4 mm和6 mm的纯铝板和黄铜板,分别在两台压力机上进行了冲裁试验,并与普通冲裁作比较验证.获得了冲裁件断面之剪切面高度由普通冲裁为料厚的1/3以下,提高到1/2以上的效果.并评价了该工艺及模具在生产实际中的可行性与经济性.     

多次水下爆炸钢制圆板应变与挠度增长规律分析

在海上战争中,水面舰艇以及潜艇可能会受到多枚水中兵器的攻击,产生的累计损伤问题影响着水面舰艇以及潜艇的持续作战能力和生命力。对膨胀直径为390 mm,厚度为5 mm空气背衬钢制圆板,在50 g药量下,进行持续多次水下爆炸加载试验,对板中心应变、挠度以及厚度减薄率进行测量,试验结果分析表明:第一次爆炸加载时,局部空化使钢板产生的应变是冲击波加载的1倍,当钢板被炸弯后,再次爆炸加载局部空化的二次加载现象不明显。此外,气泡脉动及气泡射流会使钢板发生明显的弹性应变,应变值是初始冲击波作用的10%。对中心挠度和厚度减薄率的数据分析发现,钢板厚度减薄率是随着中心挠度呈线性增加的。该研究对舰船持续作战能力及生命力的评估提供了一定的试验支撑。     

High-speed casting of metallic foils by the double-roller quenching technique

The ability to produce continuous metallic foils by double-roller quenching with a mechanically-soft system has been demonstrated. Significant process variables influencing foil dimensions and microstructures were determined for tin and Al-12 wt% Si foils. The foil formation process is controlled by both fluid and heat flow. The diameter of the circular jet used to supply liquid metal to the roller nip largely establishes the dimensions of useful products. A lower foil thickness processing limit of 0.015 cm is recommended for double-roller quenching based on operational considerations.     

含圆孔缺陷三点弯曲梁的裂纹扩展特性实验研究

采用动态焦散线实验系统,对含圆孔缺陷的PMMA材料进行冲击断裂力学实验,研究三点弯曲梁中不同直径和位置的圆孔缺陷对扩展裂纹的影响。实验结果表明:扩展裂纹与圆孔缺陷相互作用前,呈现Ⅰ型拉伸断裂,扩展路径平直;与圆孔缺陷相互作用后,贯通萌生的次裂纹沿直线继续扩展,未贯通的裂纹偏移扩展。扩展裂纹与路径上圆孔缺陷贯通过程中,裂纹扩展速度和动态应力强度因子快速降为零,裂纹的扩展受到抑制,且圆孔直径越大、距离越近,抑制作用越显著;贯通萌生次生裂纹的起裂速度和起裂韧度,随着圆孔缺陷直径的增大而变大。扩展裂纹与偏置圆孔缺陷相互作用过程中,当圆孔缺陷直径越大、偏置距离越小,裂纹起偏距离越短,最大偏移量越大,并且扩展裂纹动态应力强度因子和扩展速度局部小幅增大。研究结果为分析动态裂纹扩展特征和材料破坏模式提供借鉴。     

磨料水射流对脆性材料的冲蚀研究

磨料水射流技术作为一种特种加工技术，具有无刀具接触、无热影响区和加工范围广等优势，在众多领域得到应用。为了探究磨料水射流对脆性材料的冲蚀效果，构建和设计了磨料水射流外流场冲蚀仿真模型与磨料水射流冲蚀实验。以30 mm×50 mm的喷嘴外流场域为计算域，建立磨料水射流冲蚀仿真模型，并分析射流冲蚀过程中压力分布、水与磨料的速度分布及它们在射流中心线上的衰减规律。通过对氧化铝陶瓷材料的冲蚀实验，分析工艺参数对冲蚀孔径的影响，并结合仿真结果对比分析了射流束宽度与冲蚀孔径的关系。结果表明：水的速度随着喷嘴距离的增大而减小且分布范围变宽，射流宽度呈线性增大，磨料速度随喷嘴距离的增大而减小且分布范围基本不变；射流中心线上水的速度与磨料速度呈三段式衰减，水的第1段速度衰减段长度比磨料的长，但水的第2段速度衰减段长度比磨料的短；射流束能量的有效利用部分逐渐减小，但在15~25 mm的靶距范围内其有效利用部分较稳定，为40%；冲蚀孔径随喷嘴距离增大呈线性增大。研究结果为磨料水射流切割、铣削及抛光加工的参数选择提供实验依据，同时为磨料水射流加工过程仿真提供参考。     

空化射流形成的判据和冲蚀机理

阐述了空化射流研究简况和空化形成机理。讨论了用于描述空化是否发生和空化程度的空化数的合理性,认为用空化数不能判断射流的空化状态;流场中具有绝对压强小于或等于汽化压强的区域是射流空化的必要条件;在高环境压强下,必须采取特殊的减压措施才有可能实现空化。针对空化射流比普通射流冲蚀能力强的事实,分析了Rayleigh空穴湮灭冲击压强计算公式存在的问题,给出了空化射流的射流质量脉动引发作用在靶体表面上的压强脉动是导致靶体容易破坏的主要原因。     

Machining of circular micro holes by electrochemical micro-machining process

Machining of micro holes with micro electrochemical machining (micro ECM) process has been carried out with an indigenously developed set up. This paper describes relevant problems and solutions for the circular micro holes machining process on 304 stainless steel sheets with 60 lm thickness using high speed steel cylindrical tool of diameter 500 lm and using dilute H2SO4 as electrolyte.The taper angle variation of the machined hole is analyzed and reported for different experimental setting parameters. The minimum value of the taper angle of machined holes is achieved at the parameter setting of
0.4 mol/L H2SO4, 700 kHz, 600 ns and 21 V, for stainless steel sheets and HSS tool.     

Degradation of C.I. Reactive Red 2 through photocatalysis coupled with water jet cavitation

The decolorization of an azo dye, C.I. Reactive Red 2 was investigated using TiO(2) photocatalysis coupled with water jet cavitation. Experiments were performed in a 4.0 L solution under ultraviolet power of 9 W. The effects of TiO(2) loading, initial dye concentration, solution pH, geometry of cavitation tube, and the addition of anions on the degradation of the dye were evaluated. Degradation of the dye followed a pseudo-first order reaction. The photocatalysis coupled with water jet cavitation elevated degradation of the dye by about 136%, showing a synergistic effect compared to the individual photocatalysis and water jet cavitation. The enhancement of photocatalysis by water jet cavitation could be due to the deagglomeration of catalyst particles as well as the better contact between the catalyst surfaces and the reactants. Venturi tube with smaller diameter and shorter length of throat tube favored the dye decolorization. The degradation efficiency was found to increase with decreasing initial concentration and pH. The presence of NO(3)(-) and SO(4)(2-) enhanced the degradation of RR2, while Cl(-), and especially HCO(3)(-) significantly reduced dye decolorization. The results of this study indicated that the coupled photocatalysis and water jet cavitation is effective in degrading dye in wastewater and provides a promising alternative for treatment of dye wastewater at a large scale.