应用圆筒形行波压电振子的流体抛光实验研究

应用圆筒形行波压电振子设计了流体振动抛光装置。选取压电振子第十阶弯曲模态作为硅片抛光实验的工作模态,利用化学机械抛光浆料作为抛光液体,对不同表面形貌的硅片进行了抛光实验。实验结果表明硅片表面粗糙度得到改善。该方法也说明流体振动抛光更加适用于对已经具有较高表面平整度的抛光片进行二次抛光。     

新型压电输送振子振动模态有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,对用于行波型超声物料输送装置的压电输送振子进行了模态分析,讨论了压电输送振子结构参数对振动模态的影响,为压电输送振子进一步的结构参数修改提供了指导,为行波型超声物料输送装置的设计奠定了基础。     

电势对硅片摩擦电化学材料去除特性的影响

为了提高硅片抛光效率,改善抛光表面质量,采用电化学交流阻抗谱法实验研究了极化电势对硅片表面钝化作用的影响规律,结合摩擦电化学实验探讨了极化电势对硅片表面摩擦系数及材料去除特性的影响．结果表明,在碱性CeO₂抛光液中,对硅片施加1 V阳极极化电势能够促进其表面形成抑制腐蚀的钝化层,极化电势过高会破坏表面钝化层,过低则抑制钝化层形成．良好的硅片表面钝化层能够有效增大其摩擦系数,提高摩擦电化学实验过程中的材料去除率．     

施加反拉力复合超声振动拉丝的实验研究

为验证反拉力对超声振动拉丝的作用效果,研制了一套大功率复合超声振动拉丝实验系统,系统由超声波电源、换能器、变幅杆、传振杆等组成.按照是否施加反拉力2种情况,进行了复合超声振动在干摩擦下直接拉拔钛丝及钛合金丝的工艺和性能实验.利用扫描电镜对所拉拔的钛及钛合金丝材进行了表面质量观测,对比了施加反拉力前后所加工丝材的表面形貌.实验结果表明:当超声振动系统的功率和振幅足够时,可实现在干摩擦下直接拉拔钛及钛合金丝材.反拉力的施加可以提高丝材的表面工艺质量,降低断丝率和加工成本.验证了在拉丝过程中施加临界反拉力可以在保持拉拔应力基本不变的情况下,降低丝材表面摩擦应力的结论,探索了提高丝材表面工艺质量的途径.     

二维超声振动辅助线切割机理与试验研究

为了提高线切割加工的效率与效果,提出了二维超声振动线切割技术,从理论上对该技术加工机理与工艺进行探讨,利用Matlab软件进行仿真,对二维超声振动线切割中单颗磨粒的运动轨迹进行分析研究,从理论上证明二维超声振动线切割优于普通线切割和一维超声振动线切割.并利用自行研制的多线切割机模拟机进行切割实验,对比这三种切割方式,研究不同加工工艺参数对切割效率与加工表面质量的影响.实验结果表明:相同加工条件下,一维超声振动线切割相对于普通线切割,切割效率和表面质量都有明显提升,二维超声振动线切割相对于一维超声振动,大大提高了加工表面质量,切割效率有小幅提升.     

超声振动铣削运动学及其对切削力的影响

为了改善微细铣削的加工条件,研究了利用超声振动辅助微细铣削对切削力的影响.基于对刀具轨迹的运动学分析,讨论了利用超声振动辅助微细铣削时实现刀具-工件分离的必要参数条件,以2A12为实验工件材料,通过超声振子带动工件沿进给方向进行超声振动,并采用多组参数进行了铣槽实验.实验结果分析表明,采用合理的切削及振动参数配比,进给方向超声振动辅助微细铣削可改变刀具-工件的相对运动方式,实现分离型断续铣削,可获得近似脉冲状切削力并有效减小切削力的均值,选择合理的振幅可明显减小进给方向切削分力峰值.     

大功率超声振动拉拔钛合金丝材的实验研究

为促进超声振动拉丝技术的实际应用,解决难拉拔材料的丝材加工问题,建立1套大功率超声振动拉丝实验系统,系统由超声波电源、换能器、变幅杆、传振杆、拉丝模、拉丝机等组成。通过对钛合金丝材未经预处理的直接拉拔实验,考察在实际拉丝加工过程中,超声振动对拉拔力和丝表面质量的影响。实验结果表明：当振幅达到一定值后,能使拉丝机的张力调节周期延长3倍以上,有效减少丝材的不均匀变形,使拉丝过程趋于稳定;当拉拔速度为670mm／s时,可使拉拔力减小近15％,改善丝材的表面质量。     

超声振动辅助微细铣削工件动态位移分析

为了探索改善微细铣削加工条件、提高微细铣削加工精度的新途径,研究了利用超声振动辅助微细铣削对工件动态变化的影响.计算分析了普通铣削和超声振动辅助铣削加工时主切削力波形特点,建立了刀具/工件振动系统模型,理论计算了施加超声振动前后工件的动态位移,并以2A12为实验材料进行了铣槽实验验证.理论分析和实验结果表明,进给方向超声振动辅助微细铣削可以获得近似脉冲状的切削力,获得均匀细小的切屑,同时减小工件在切削加工中的动态变化,有助于提高加工尺寸精度.     

超声波振动内圆磨削：M114W磨床实现超声削的探讨

本文对超声振动磨削机理进行了探讨，介绍了内圆磨削装置及工艺试验。超声振动内圆磨削可以改善工件加工表面质量，提高生产率，对于难加工材料的内圆磨削具有重要意义。     

超声波振动内圆磨削M114W磨床实现超声磨削的探讨

本文对超声振动磨削机理进行了探讨，介绍了内圆磨削装置及工艺试验．超声振动内圆磨削可以改善工件加工表面质量，提高生产率，对于难加工材料的内圆磨削具有重要意义     

碳化硅超声-电化学机械抛光试验研究

为探究超硬脆碳化硅(Si C)材料的高效研抛方法,分别应用铸铁抛光盘、聚氨酯抛光盘、半固结磨粒抛光盘在自来水、KOH溶液、芬顿反应液3种研抛液中通过控制变量法对Si C进行了超声-电化学机械研抛试验,得到以试件材料去除率和表面质量为评价指标的优化抛光工艺参数.试验结果表明:使用铸铁抛光盘时材料去除率高,但表面质量差;使用半固结磨粒抛光盘时表面质量最好,但材料去除率低;芬顿反应液对提高试件的材料去除率效果最好;在试件与抛光盘之间的电压为+10 V时,试件的材料去除率最高,比无电压时提高了55.1%;当试件保持环施加超声振动后,比无超声时材料去除率提高了91.7%,可见超声振动对Si C试件抛光起主要作用.     

超声辅助抛光流场规律CFD仿真分析

为探究超声辅助抛光的作用机理,利用FLUENT非稳态动网格湍流和离散相模型并结合mixture的空化模块,仿真分析不同超声振动参数对流场绝对压强、流速和气含率分布的影响以及各参数间存在的相互作用规律.仿真结果表明:超声空化作用主要集中在试件正下方的小范围区域内,即试件的有效加工区域,进而可以确定流场所需最小膜厚;流场绝对压强、速度等参数一个周期内出现两次峰值,周期内气泡长大后受压溃灭过程分为两个阶段,表明超声振动下流场存在二次空化现象,二次空化在抛光过程中强化了空蚀效应;周期变化过程中,流场同一位置的不同参量、同一参量在不同位置与超声的周期性振动间均存在不同程度的滞后现象;超声振动使流体内产生超声纵波,遇到抛光盘发生反射并伴随半波损失;膜厚足够大时,则会形成驻波,试件表面处振幅最大,有利于提高超声辅助的抛光效果;利用有效加工区域和驻波现象可以使试件加工效果达到最优,二次空化和滞后现象有助于揭示超声辅助抛光过程的作用机制和规律.     

超声波悬浮推力轴承承载能力及减摩性能

在对超声悬浮及减摩理论进行分析和研究的基础上,提出了一种新型的轴承———超声波悬浮轴承,将超声振动用于轴颈的悬浮支承与动压润滑以构造滑动轴承。本文对压电换能器辐射端面与其上被悬浮物体之间的悬浮间隙的测量以及超声波轴承的减摩性能进行了研究,并与普通的滑动轴承和滚动轴承进行了对比。结果表明,超声振动具有悬浮能力,转速一定的条件下幅射端振动幅越大,悬浮间隙越大。超声波轴承减摩性能优于其他轴承。     

超声辅助抛光过程中流体性能仿真分析

为探究超声辅助抛光过程中流体特性对抛光性能的影响,分析超声辅助对试件表面材料去除率的影响机理,分别对光滑及多孔抛光垫建立不同膜厚尺度下超声振动抛光过程的FLUENT仿真模型,分析不同变量对流体的压力分布、速度分布、气相分布等特性的影响规律.仿真结果表明:超声振动会使试件表面的流体剧烈变化,在横向产生高速流动;工具与研抛表面之间的液膜越薄,在试件表面产生的压力越大,流体横向流动越强,加工效率越高;抛光垫上的小孔会使液膜中的压力分布出现阶跃变化,产生更多有利于提高材料去除率的超声空化.     

单晶SiC的化学机械抛光及其增效技术研究进展

为了解决传统SiC化学机械抛光(CMP)加工效率低的问题,针对单晶SiC表面抛光质量和材料去除率指标,综述了应用传统碱性抛光液、混合磨粒抛光液及含强氧化剂抛光液对单晶SiC进行化学机械抛光的研究现状;为了提高SiC-CMP的化学和机械两方面作用,对SiC-CMP催化辅助增效技术、SiC电化学机械抛光(ECMP)技术、固结磨料抛光、光催化辅助抛光等增效新技术进行了系统综述;对SiC-CMP及其增效技术进行了分析、讨论,指出了当前的研究难点,展望了进一步提高单晶SiC抛光效率的研究方向.     

双接触面直线驻波超声电机振子的动力学模型与实验分析

提出了一种直线型驻波超声电机振子,该振子通过改变振子激振频率,利用双面驱动,可以实现双向直线运动。推导出超声电机振子运动的动力学模型的解析式,对振子工作模态和工作频率进行实验分析并对理论分析结果与样机的实验结果进行了比较。     

超声振动辅助微镦粗仿真及试验研究

为改善材料塑性,降低微镦粗成形力,延长模具寿命,提高微镦粗成形质量,开展了超声振动辅助微镦粗研究.对紫铜超声振动辅助微墩粗进行建模仿真,研究超声参数对微墩粗成形力、试件变形的作用规律;搭建超声振动辅助微成形平台并进行试验,获取不同超声功率下紫铜微镦粗成形力曲线和成形件表面形貌、尺寸等参数.仿真结果表明:超声振动使微镦粗成形力降低,试件变形增大,且成形力降低量、试件变形增大量与超声振幅成正线性关系,与超声频率成非线性正相关.试验结果表明:超声功率越大,微镦粗成形力降低值越大;超声功率小于1.5 kW,超声功率越大,成形件表面越平整;超声功率大于1.5 kW,超声功率越大,成形件表面越粗糙;超声功率小于1.8 kW,超声功率越大,成形件鼓形越小,成形越均匀;超声功率达到1.8 kW后,成形件变形集中在两端,微镦粗成形严重不均匀.仿真和试验研究表明,超声振动可以降低微镦粗成形力,加速材料塑性变形,提高微镦粗成形效率,改善成形件表面形貌,减小微镦粗鼓形并提高微镦粗均匀性.     

Effects of ultrasonic treatment on microstructure and mechanical properties of semisolid Sn-52Bi alloy

The effects of ultrasonic vibration temperature on the microstructure of semisolid Sn-52 Bi alloy and mechanical properties were investigated. The results show that the microstructure and mechanical properties are improved obviously after the ultrasonic treatment. Nearly round and uniformly distributed primary Sn phase particles were obtained under the cavitation and acoustic streaming caused by ultrasonic treatment. The best effects of ultrasonic treatment on microstructure and mechanical properties were obtained with the ultrasonic vibration for 120 s at 140 ℃. The elongation of semisolid Sn-52 Bi alloy treated by ultrasonic vibration for 120 s at 140 ℃ was 42% and increased by 156.09% compared to conventional liquid casting Sn-52 Bi alloy without ultrasonic vibration. It is a feasible and effective method to adopt the semisolid metal forming technology assisted with ultrasonic vibration to improve the ductility of Sn-Bi alloys.     

Effect of Ultrasonic Vibration on Deformation in Micro-blanking Process with Copper Foil

Effect of ultrasonic vibration on deformation in micro-blanking was investigated with copper foils of different grain sizes using a developed device. It is found that maximum shearing strength is decreased by ultrasonic vibration, and this effect becomes bigger for coarse grain than that for fine grain, which can be attributed to acoustic softening effect considering the absorbed acoustic energy. Surface roughness R_a of smooth zone decreases for the polishing effect of vibration at the lateral contact surface. When ultrasonic vibration is applied, the sheared deformation area becomes relatively narrow, and it leads to the reduction of radius of rollover. The analysis of cross section in sheared deformation area shows that the crack initiation is inhabited for the existence of acoustic softening, and the proportion of smooth zone is increased. Also, angle of crack propagation becomes smaller because of periodic strain, and the angle of facture surface is decreased. As a result, the quality of micro-sheet parts is improved by applying ultrasonic vibration.