碳纤维增强复合材料纵扭复合超声振动钻削试验

碳纤维增强复合材料(CFRP)以其优越的性能被广泛应用于航空航天领域,然而其作为典型难加工材料,采用传统钻削加工时极易出现毛刺、撕裂、分层及加工表面质量差等现象,严重制约了CFRP的应用。采用纵扭复合超声振动钻削和普通钻削两种钻削方式加工CFRP板材,对比了两种钻削方式下的轴向力、扭矩及钻孔质量,研究了单向型和编织型CFRP板材的钻削轴向力特性,分析了转速、进给速度对钻削轴向力的影响规律。试验表明:纵扭复合超声振动辅助钻削可以更加有效切削CFRP,降低轴向力和扭矩,降低撕裂因子,抑制分层现象;钻削轴向力随着进给速度提高而增大,随着钻速的提高而降低,且当Vc/Vf增大时,钻削轴向力随之下降,试验拟合得到轴向力经验公式。     

激光超声复合切削硬质合金的刀具磨损及其对工件表面质量的影响

基于激光加热辅助切削和超声椭圆振动切削提出了激光超声复合切削加工工艺。采用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具对YG10硬质合金进行了常规切削,超声椭圆振动切削,激光加热辅助切削和激光超声复合切削对比试验。检测了刀具磨损量、刀具磨损形貌、工件表面粗糙度以及工件表面形貌,并通过扫描电镜(SEM)对刀具磨损区域进行了能谱分析,同时研究了激光超声复合切削硬质合金时PCBN刀具的磨损及其对工件表面质量的影响。最后,与常规切削、超声振动切削及激光加热辅助切削进行了对比试验。结果表明:激光超声复合切削时刀具使用寿命显著增加,加工后的工件表面粗糙度平均值分别降低了79%、60%和64%,且工件表面更加平整光滑。激光超声复合切削硬质合金时,PCBN刀具的前刀面磨损表现为平滑且均匀的月牙洼磨损,后刀面磨损表现为较窄的三角形磨损带和较浅的凹坑和划痕;刀具的失效机理主要为黏接磨损、氧化磨损和磨粒磨损的综合作用。     

PCBN刀具激光超声复合切削硬质合金的磨损机理

结合激光加热辅助切削和超声振动切削提出了激光超声复合切削加工工艺。采用PCBN刀具对YG10硬质合金进行普通切削、超声振动切削、激光加热辅助切削和激光超声复合切削对比试验,采用超景深显微镜观测刀具磨损量及磨损形貌,通过扫描电子显微镜（SEM）对刀具磨损区域进行能谱分析,研究激光超声复合切削条件下刀具的磨损规律、磨损形态及磨损原因。研究结果表明:与普通切削、超声振动切削及激光加热辅助切削相比,激光超声复合切削时刀具后刀面磨损量平均值分别降低57.5%、46%、41.3%,刀具使用寿命明显提高;刀具磨损形态主要表现为前刀面磨损、后刀面磨损和崩刃;激光超声复合切削硬质合金时粘接磨损、氧化磨损、相变磨损和微裂解磨损是引起PCBN刀具磨损的主要原因。     

电解磨削加工技术研究现状与展望

为促进电解磨削加工技术的研究和应用,对其加工原理和分类进行了系统阐述,并从工艺性能、材料去除机理、加工仿真、工艺优化和工程应用、新型复合电解磨削技术等方面对电解磨削国内外研究现状进行总结。针对当前研究中存在的问题,从加工机理、加工仿真、工艺参数优化、专用加工设备研制、加工方式以及新型复合电解磨削等方面对电解磨削未来的研究进行展望。该研究为电解磨削加工理论和工程应用,尤其是新型复合电解磨削加工技术的研究思路提供了理论借鉴和技术参考。     

基于响应曲面法的硬质合金加工切削参数优化

在机械加工中切削参数的选择对加工效率、加工质量和生产成本有着重要影响,特别是在硬质合金等难加工材料的加工过程中,由于材料具有较高的硬度和强度,加工性能较差,切削参数的合理优化是此类材料加工中必不可少的环节。针对采用PCBN刀具进行YG20硬质合金车削的加工过程,以单位材料去除体积下的刀具后刀面相对磨损量为优化目标,基于响应曲面法及中心组合试验设计(CCD)进行了系列切削试验,建立了刀具后刀面相对磨损量的预测模型,利用响应曲面法获得刀具后刀面相对磨损量的响应曲面及等高线图,直观地分析了切削参数对其影响规律,进一步选择了最优切削参数,并进行了实验验证。     

砂轮修整技术研究现状与展望

砂轮修整在高速高效磨削、精密超精密磨削、成形磨削过程中具有至关重要的作用。磨削过程中主要是砂轮与工件表面相互作用，砂轮随着磨削的进行逐渐磨钝难以有效磨削。为了保证磨削质量和精度，需对砂轮定期修整。砂轮修整自提出以来，国内外学者对其不断改进和创新，取得大量开创性和突破性研究成果，但日益提高的高精度、高效率、高性能生产要求对砂轮修整技术提出挑战。为了推动砂轮修整技术的不断进步，总结分析了目前修整方法的发展现状、基本原理、主要特点以及发展瓶颈，概述了砂轮修整亟需解决的问题，并对砂轮修整探究方向进行了展望。     

硬质合金激光超声辅助加工切削力特性

钨钴类硬质合金作为一种典型的难加工材料,具有良好的综合性能,在此类材料的加工中,采用传统的加工方式存在刀具极易磨损严重、加工精度低、效率低等缺点,难以满足实际生产的要求。文中将精密切削方法与特种加工理论相结合,提出了采用二维超声振动和激光加热复合辅助精密加工的方法。文中基于正交试验,对硬质合金激光超声辅助加工的切削力特性进行了研究,通过极差分析和趋势图分析,得到了切削用量和激光功率对切削力的影响规律和趋势,采用回归分析的方法 ,建立了三向切削力的经验模型,并对该模型进行显著性分析。研究表明:激光功率和背吃刀量对切削力有较显著的影响,而进给量和主切削速度对切削力的影响相对较小。随着激光功率的增加切削力逐渐降低,随着背吃刀量的增加切削力逐渐升高。运用回归分析方法获得的经验公式显著性强,为复合条件下切削力的控制提供有力的依据。     

表面微结构对材料性能影响的研究现状与展望

生物体表微结构具有提高减摩减阻性能、改变表面浸润性及形成结构色等功能,对生物体表面微结构的研究为微结构材料的发展提供了导向和依据。常用的微结构制造方法有激光加工、刻蚀、压塑成型法及超声振动辅助加工等,通过在材料表面制备微结构进而改善材料的减摩减阻性、表面浸润性、密封性及承载能力等。超声振动辅助加工技术通过产生高频振动冲击在材料表面制备出具有一定参数的微结构,振幅、频率、相位角等超声参数以及进给速度、主轴转速及切削深度等加工参数决定了微结构形貌,超声振动辅助加工技术具有可与各种传统加工技术复合、成本低廉、简单高效及不污染环境等优势。     

刀具前角对超声复合加工成形切屑组织与性能的影响

超细晶纯铜作为重要的基础材料和功能材料成为当前金属材料的研究热点，本工作在大应变挤压-切削法(Large strain extrusion machining, LSEM)的基础上提出超声复合切削法(Ultrasonic compound cutting, UCC)来制备超细晶纯铜。超声复合切削中刀具前角是影响切屑应变、晶粒尺寸、位错密度及性能的关键要素，为了研究刀具前角对纯铜切屑组织和性能的影响，基于ABAQUS软件建立超声复合切削三维有限元模型，分析切削变形区等效应变、等效应变率和切削温度的变化；设计单因素试验，分析刀具前角和超声振动对切屑微观组织、位错密度和显微硬度的影响。结果表明：随着刀具前角的增加，等效应变和切削温度逐渐减小，等效应变率会先增大后减小。与LSEM切屑相比，加入超声振动后切屑晶粒细化程度和位错密度均提高，硬度增加5%。当刀具前角为30°时，切屑晶粒由粗晶细化至亚微米级拉长晶，宏观硬度从基体的92.5HV提高至131.8HV;当刀具前角为15°时，晶粒进一步细化为等轴细晶，位错密度为1.14×10¹³m^-2,硬度提高至1...