纳米孪晶立方氮化硼机械研磨机理研究

为了将新型超硬纳米孪晶立方氮化硼(nt-c BN)材料制备成能够实现铁基金属材料,特别是硬度较高材料的精密及超精密切削刀具,针对机械研磨方法,从理论和试验角度分别对纳米孪晶立方氮化硼材料的机械研磨机理进行了研究。对纳米孪晶立方氮化硼材料动态脆塑转变临界研磨深度进行了理论分析及试验验证;基于临界研磨深度,实现了对该材料的塑性域精细研磨;利用理论计算及原子力显微镜表面检测结果,针对研磨后塑性沟槽深度及宽度,分析了研磨过程中塑性沟槽形成机理。研究结果表明,纳米孪晶立方氮化硼材料动态脆塑转变临界研磨深度为23.9 nm;使用0.5μm金刚石研磨颗粒研磨材料表面粗糙度达到1.99 nm,PV值77.05 nm;研磨塑性沟槽深度理论最小值2.25 nm,与试验结果相吻合;研磨塑性沟槽宽度为固定、游离研磨颗粒共同作用的结果,宽度保持在亚微米级。因此,纳米孪晶立方氮化硼材料具有较好的可加工性,采用机械研磨方法能够实现较高精度表面的高效率加工。     

3C-SiC各向异性行为的原位纳米划痕研究（英文）

立方碳化硅(3C-SiC)是一种在极端条件下具有优异机械和物理性能的理想材料.然而,由于其生长深度有限且脆性较高,研究其材料去除和摩擦性能具有一定的挑战性.在本研究中,我们使用扫描电子显微镜对厚度约为20μm的3C-SiC单晶进行了原位纳米划痕研究,并观察了其各向异性行为.随后在(100)平面上沿[110]和[100]方向分别进行了纳米划痕实验.与[100]方向相比,[110]方向在划痕过程中表现出更高的硬度,导致材料去除率较低和摩擦系数较高.通过对划痕沟槽的原子级分辨观察,我们发现3C-SiC的塑性去除是通过位错滑移和显著的晶格畸变实现的.在塑性变形阶段,两个划痕方向的亚表面主要经历了全位错滑移.此外,强烈的应变导致了多晶化,这是3C-SiC中的一个重要变形机制.     

硬脆材料表面加工V形槽结构的试验研究

金刚石砂轮成形磨削加工技术是硬脆材料表面微结构加工的一种有效方法。应用V形砂轮在硬质合金YT15和Al2O3陶瓷两种材料表面进行V形微结构的磨削试验,通过磨削试验研究V形微结构的成形磨削效果、磨削参数对V形槽的表面质量及磨削过程中的磨削力和比磨削能的影响。试验结果表明应用V形砂轮可以较好地实现硬脆材料表面V形槽结构的磨削,在可加工性好的材料上V形槽磨削所需的磨削力和比磨削能相对较大。磨削参数的变化影响V形槽表面质量及磨削过程中的磨削力和比磨削能,其中比磨削能可以反应磨削过程中的材料去除方式。YT15表面的试验结果表明V形砂轮的磨损对加工出的V形槽的轮廓结构有相当大的影响。     

复杂结构光学元件注射成型工艺参数优化

利用Taguchi试验设计法,以成型过程中的保压压力、保压时间、注射时间、熔体温度、模具温度5个工艺参数作为影响因素,设计了L27试验矩阵进行CAE仿真实验.以减小透镜注塑件翘曲变形为目标,通过计算信噪比,获得了最优工艺参数组合,为下一步工艺设计提供计算和实验依据.     

SiCp/Al复合材料切削过程的颗粒损伤研究

SiCp/Al复合材料动态去除过程中极易发生颗粒损伤,为避免或利用复合材料切削加工过程中的颗粒损伤现象,优化SiCp/Al复合材料切削加工,深入研究了SiCp/Al复合材料切削的颗粒损伤现象及其对切削加工的影响。首先,通过位错塞积理论和切屑根部微观观察,揭示了SiCp/Al复合材料切削的颗粒损伤机理,发现位错塞积引起的应力集中是导致界面脱粘的主因,颗粒断裂主要是由集中应力、刀刃挤压颗粒、局部颗粒聚集挤压以及颗粒连成网状结构引起;然后,基于考虑颗粒影响的动态本构模型、Eshelby等效夹杂理论、Weibull统计分布和刀刃-颗粒接触分析,建立了SiCp/Al复合材料切削的颗粒损伤度模型,并借助图像处理技术验证了模型的有效性;最后,根据颗粒损伤度预测结果,分析了颗粒损伤度对SiCp/Al复合材料切削加工的影响。结果显示,颗粒损伤度增大,会使切屑锯齿化程度增强,并严重降低已加工表面质量;颗粒损伤会显著影响颗粒强化效应,导致切削力随颗粒含量增大先升后降、随颗粒尺寸增大而降低。     

单晶锗微结构的超声振动辅助微切削加工

为解决单晶锗微结构元件超精密金刚石切削加工的技术难题,提出采用超声振动辅助切削技术提高单晶锗的临界未变形切屑厚度,并推导了微结构切削中切屑厚度的理论计算公式. 进行微圆弧金刚石刀具的振动辅助微切削实验,研究临界未变形切屑厚度随振幅的变化规律,分析微槽表面加工质量和切屑形貌等. 分析4.5 μm和10.0 μm深的十字槽、矩形凸台等微结构的加工质量,针对微槽边缘的加工损伤问题,采用“切深递减”同时结合横向进给的工艺方法. 实验结果表明:微槽切削中切削深度的理论计算值存在较大的误差,应选用直接测量法;振动辅助切削的临界未变形切屑厚度随着振幅的增加而增大,最高达到了704 nm,是普通切削深度的5.2倍. 与普通切削相比,振动辅助加工可以在一定程度上降低微槽表面粗糙度. 采用振动辅助微切削技术能够在大切深条件下加工出具有较高表面质量和轮廓精度的微结构,能够有效解决微槽侧面加工损伤问题,微槽表面粗糙度R_a值低至3.09 nm.     

超精密车削加工有限元仿真研究

为研究不同的切削加工参数对超精密车削加工的切削力、切削温度、切削应力等的影响,用有限元法对金刚石车削过程进行三维仿真,得到在不同切削参数下车削铝合金时的切削力、切削温度、切削应力的变化,以及切削区的微观应力的分布状态。仿真结果表明:刀具所受到的主切削力明显大于其余两个方向的力;当切屑和母体发生分离的时候,切削力会突然降低;工件上应力最大的部分是和前刀面相对的部分;切削温度较低,最高为30℃。根据仿真结果可对切削参数进行优化。     

螺旋面数控加工方法研究

研究大模数少齿数螺旋转子的数控加工和编程技术.用普通球头铣刀在四轴加工中心上铣削转子的螺旋齿面,采用计算机辅助编制数控加工程序.首先在Pro/E软件中绘出转子的模型,然后通过自行编制程序将转子端面型线即渐开线和摆线离散化,求得刀触点,结合渐开线和摆线的性质,利用微分几何工具计算出该类曲面的法矢,将法矢单位化,得到各点的单位法矢,选择合适的球头铣刀的半径,继而求得刀具中心数据,即刀位点坐标值,按刀位点坐标值编写数控程序.从而实现了在单件小批量生产时此类螺旋转子低成本的加工.     

硅铝合金减摩微结构表面切削加工研究

为验证微切削加工的表面微结构具有良好的减摩效果,可以用来减小发动机关键摩擦副的摩擦磨损,运用AdvantEdge有限元仿真软件研究切削用量对于硅铝合金金刚石车削过程的影响分析,基本规律是:切削速度对切削温度的影响最大,进给量次之,影响最小的是切削深度;切削深度和进给量增大使切削力增大,但二者影响程度不同,进给量不变,切削深度增大一倍,使切削力增大一倍,切削深度不变,进给量增加一倍,切削力增幅减小;切削力随着切削速度的增加先增大后减小最后趋于稳定。使用单晶金刚石车刀对硅铝合金试样进行微槽结构的切削加工,结果表明:在微切削尺度范围内,切削深度对表面粗糙度R_a影响不明显;表面粗糙度值随着进给量的增加先减小后增大;主轴转速通过产生切削热和对刀具磨损产生影响来影响表面粗糙度。将微切削加工的表面微结构与光滑表面进行往复摩擦对比实验,结果表明在负载为1 N的情况下,微槽结构表面的摩擦系数比光滑表面的摩擦系数减小了8%。     

单点金刚石车削表面粗糙度的研究

为了进一步研究单点金刚石车削加工所获得的工件表面粗糙度,在前人工作的基础上,详细阐述了现有的具有代表性的单点金刚石车削表面粗糙度的研究方法及其优缺点,主要包括基于切削理论的方法、谱分析方法和人工智能方法.研究表明,最有前途的方法是将上述几种方法结合起来,以发挥各自的优点.