不同材料的准分子激光修饰表面形貌的分形表征

采用准分子激光加工方法,在相同的工艺参数下加工了脆性材料（A1203陶瓷）和塑性材料（不锈钢、Q235钢）试件.采用分形理论研究了准分子激光加工的不同材料表面的分形特征,通过结构函数法计算了表面微观形貌的分形维数.结果表明：准分子激光加工的不同材料的表面形貌具有不同的分形特性,在相同的加工条件下A1203陶瓷材料表面的分形维数大于不锈钢、Q235钢等塑性材料表面的分形维数,表明脆性材料和塑性材料具有不同的准分子激光加工属性;准分子激光加工表面的分形维数随着激光扫描速度的增大而减小,随放大器电压和脉冲频率的增大而增大,表明可以通过改变加工参数得到不同的分形维数表面.     

准分子激光加工表面微观形貌测量和数据处理方法研究

用紫外波长为 λ=2 4 8nm的准分子激光器 ,分辨率为 5 0 nm的精密微动工作台及其控制器 ,在一定的工艺参数下 ,对 Al2 O3陶瓷、不锈钢等材料表面分别进行准分子激光加工 ,构建准分子激光加工表面微观形貌。对加工表面的几何形貌分别采用扫描电子显微镜 ( SEM)、表面形貌仪进行测量 ,并通过对 SEM图像的 3维数字化处理 ,得出表面 3维形貌图。同时用Mat L ab处理表面形貌仪的测量数据和计算表面形貌统计参数。     

准分子激光加工工艺参数与修饰表面形貌参数的关系

表面微观形貌修饰是改善和控制表面微摩擦性能的一种方法。采用准分子激光表面形貌修饰技术在A l2O3陶瓷材料表面构建微观形貌,通过改变准分子激光加工工艺参数,探讨了准分子激光加工表面形貌参数(包括粗糙度参数和分形参数)与加工工艺参数的相关关系。研究表明:准分子加工工艺参数与表面形貌参数之间存在相关性,轮廓高度算术平均值、轮廓高度均方根值、坡度均方根值和分形维数与激光能量密度成正比,承载量系数与激光能量密度成反比;随着激光能量密度的增大,表面形貌的起伏程度和致密程度增大、陡峭程度有细微的变化、承载面积比减小。     

Al_2O_3陶瓷表面准分子激光加工的形貌特征

以微机械为应用背景,采用准分子激光加工方法对Al2O3陶瓷材料表面进行加工,考察加工表面的形貌特征。研究表明,准分子激光加工表面形貌的统计参数具有显著的规律性。其高度参数的算术平均值Ra和均方根值Rq随工艺参数呈现同步同趋势变化的规律,并且相互之间具有定量的关系。对此本文提出了准分子激光加工表面轮廓的简化模型,分析计算的结果与实测数据基本吻合。研究还表明,准分子激光加工表面相当平坦,其坡度均方根值.Zq随工艺参数的变化不大。上述特征是由准分子激光加工原理决定的,与通常的切削加工截然不同。     

准分子激光加工参数对表面形貌影响的模糊分析

采用准分子激光微细加工方法 ,选用不同的工艺参数加工Al2 O3 陶瓷材料试件。通过表面轮廓仪测量并计算表面形貌统计参数。分析了激光加工工艺参数对表面形貌的影响 ,利用模糊分析方法 ,就激光器的放大器电压、激光脉冲频率、激光扫描速度等工艺参数对表面形貌轮廓均方根值Rq 的影响进行了评价。结果表明 ,Rq 值随激光器的放大器电压和激光脉冲频率的增大而增大 ,随激光扫描速度的增大而减小。分析得出 ,激光加工工艺参数对表面形貌的影响程度不同 ,由大到小依次为激光扫描速度、激光脉冲频率、放大器电压。因此 ,可以通过合理地选择工艺参数获得所需求的表面形貌 ,为表面微观形貌修饰提供了参考依据。     

表面微观形貌参数尺度独立性的研究

表面微观形貌的表征主要采用传统粗糙度参数和分形参数等多种参数综合描述,尺度独立性是衡量表面形貌表征参数的重要指标。研究了传统粗糙度评定参数和分形维数等表面微观形貌表征参数的尺度独立性。以准分子激光加工,平磨、外圆磨、研磨等磨削机加工表面轮廓为对象,分析了取样长度和采样间距对传统粗糙度参数和分形维数的影响。结果表明,传统粗糙度参数受取样长度和采样间距影响较大,而分形参数与尺度独立性的相关性与加工方法有关系,微细加工表面微观形貌受取样长度和采样间距的影响比机加工表面要小,准分子激光等微细加工表面的分形参数具有尺度独立性。     

金刚石工具头超声波复合加工的实验研究

研究了金刚石工具头超声波复合加工方法的可行性及加工参数与材料去除率的关系。在研究超声加工，超声复合加工和金刚石工具的基础上，借助SEM分析其典型塑性材料和脆性材料的加工形貌，初步讨论了该方法去除材料的机理。     

钛合金表面微结构激光加工及参数优化

针对钛合金种植体与人体组织的结合问题,提出利用激光加工方法在钛合金表面加工微结构,并对激光加工的参数进行优化。首先,对材料进行预处理;然后,分别改变电流和Q频率等参数,在钛合金表面进行激光加工试验,寻找一组能在材料表面加工出理想微凹坑形貌的参数,最后使用优化参数在钛合金表面加工微结构。结果表明:激光加工钛合金微结构阵列的最佳电流为13A,Q频率为3k Hz;采用优化后的激光加工参数可以得到形貌规则的微凹坑阵列。     

光学玻璃的精密加工技术

对光学玻璃的高效精密特种加工技术进行了分析.对ELID法、激光加工、超声磨削以及精密铣削的最新研究进展进行了综述.介绍了采用ELID技术和控制加工工艺参数,使砂轮单个磨粒的最大切削深度小于脆性材料的临界切削厚度,实现了脆性材料的塑性加工,并得到精密光滑的表面;在加工非球曲面时,使零件的精加工抛光量降到最低.采用激光加工...     

枪钻加工塑性材料

使用枪钻加工塑性好的材料时,常遇到两个问题,①已加工孔表面粗糙度高,②切屑变形小,处理困难。从而直接影响对塑性材料的加工效果。为此,我们结合对法兰式柱塞套φ10.8mm中孔(材料20CrMn)的加工,对加工塑性材料枪钻的刃部几何参数与切削参数进行了选择,解决了上述问题,达到该产品的工艺要求,介绍如下:     

Experimental investigation and numerical analysis for machinability of alumina ceramic by laser-assisted grinding

Alumina (Al₂O₃) ceramic has been widely used in various fields, but it has certain difficulties in machining as a hard and brittle material. While laser-assisted grinding (LAG), an alternative and novel method for fabrication of alumina ceramic, can utilize laser beam to locally heat the workpiece before the ceramic is removed, thereby reducing fracture toughness and keeping the surface integrity. In this paper, a thermal model is established to study and understand the processing mechanism of the LAG process. Meanwhile, an orthogonal experiment is designed and implemented to optimize the grinding process. Then, by analyzing the surface topography, the advantages of LAG are strongly proved. It is found that the temperature modelling results matches experimental results well. The processing parameter that has greatest impact on surface roughness is laser power, followed by grinding depth and wheel speed, and feeding speed at last. The optimal surface roughness value can be obtained by certain processing parameters. Also, compared to conventional grinding (CG), the removal method of alumina ceramics alters from brittle fracture to plastic fracture. Overall, this study clearly elucidates that LAG of alumina ceramic is a very promising machining method, and can be potentially utilized for various industrial, aerospace and automobile applications.     

光学玻璃的精密加工技术

光学玻璃作为一种典型的脆硬材料,采用普通的加工方法难以进行高效精密加工。本文介绍了光学玻璃的高效精密特种加工技术,对ELID法、激光加工、超声磨削以及精密铣削的最新研究进展进行了综述。采用ELID技术,通过控制加工工艺参数,使砂轮单个磨粒的最大切削深度小于脆性材料的临界切削厚度,实现了脆性材料的塑性加工,并得到精密光滑的表面;在加工非球曲面时,可使零件的精加工抛光量降到最低。最新激光加工技术通过增加预热激光束,极大降低已加工表面的热应力及拉伸应力,使得加工质量有了大幅提高。超声波磨削加工不仅改善了表面完整性,而且提高了加工效率,通过选用适当的刀具和工艺参数,使被加工工件表面粗糙度值比普通磨削降低了30%～40%。光学玻璃精密铣削技术通过优化刀具、加工方式及工艺参数,可提高加工质量和效率、降低加工成本。     

硅的准分子激光直写刻蚀微细加工特性研究

针对微机械三维结构对准分子激光直写微细加工的要求,在试验研究基础上,讨论了硅已加工表面形貌、加工热与热影响区等特性,得出了加工脉冲数、能量与刻蚀深度间的相互关系.     

熔石英光学元件加工亚表面缺陷检测及抑制技术研究进展

熔石英材料因具有硬度大、热膨胀系数低、透射光谱范围广等良好的机械性能和热学、光学特性,广泛应用于国防、航天等领域中关键光学元件的制造。作为一种典型的硬脆材料,在传统的研磨抛光加工中,不可避免地会引入亚表面层的微裂纹、划痕等结构性缺陷,这些缺陷会严重降低熔石英元件在高功率激光使用环境下的激光损伤阈值,并影响其在高冲击载荷使用环境下的抗断裂损伤能力。从硬脆材料的磨削机理出发,对熔石英光学元件亚表面缺陷的产生机制、亚表面缺陷的检测技术、熔石英亚表面缺陷抑制技术的研究现状进行综述,重点对比针对加工亚表面缺陷的有损检测和无损检测技术的优缺点,探讨多种先进表面加工技术在抑制熔石英光学元件亚表面缺陷中的应用。希望为优化大口径、高精度、高质量熔石英光学元件加工工艺,并提升其在高功率激光、高冲击载荷等极端服役环境下使用性能、延缓其使用寿命提供有益参考。     

Modeling and evaluating of surface roughness prediction in micro-grinding on soda-lime glass considering tool characterization

The current research of micro-grinding mainly focuses on the optimal processing technology for different materials. However, the material removal mechanism in micro-grinding is the base of achieving high quality processing surface. Therefore, a novel method for predicting surface roughness in micro-grinding of hard brittle materials considering micro-grinding tool grains protrusion topography is proposed in this paper. The differences of material removal mechanism between convention grinding process and micro-grinding process are analyzed. Topography characterization has been done on micro-grinding tools which are fabricated by electroplating. Models of grain density generation and grain interval are built, and new predicting model of micro-grinding surface roughness is developed. In order to verify the precision and application effect of the surface roughness prediction model proposed, a micro-grinding orthogonally experiment on soda-lime glass is designed and conducted. A series of micro-machining surfaces which are 78 nm to 0.98 ~tm roughness of brittle material is achieved. It is found that experimental roughness results and the predicting roughness data have an evident coincidence, and the component variable of describing the size effects in predicting model is calculated to be 1.5x 107 by reverse method based on the experimental results. The proposed model builds a set of distribution to consider grains distribution densities in different protrusion heights. Finally, the characterization of micro-grinding tools which are used in the experiment has been done based on the distribution set. It is concluded that there is a significant coincidence between surface prediction data from the proposed model and measurements from experiment results. Therefore, the effectiveness of the model is demonstrated. This paper proposes a novel method for predicting surface roughness in micro-grinding of hard brittle materials considering micro-grinding tool grains protrusion topography, which would provide significant research theory and experimental reference of material removal mechanism in micro-grinding of soda-lime glass.