塑性状态下光学及电子镜面的亚纳米级精密磨削

本文讲述了由PC机控制的多用途超精机床(MPUMT)的设计及光学镜平滑表面的加工。已研制出的机床可用于磨削、切削、研磨或抛光塑性状态下的硬脆材料。作为建立新的加工系统的关键部分,采用了大型磁致伸缩调节器(GMA),在没有放大器元件的情况下,它具有大功率的输出和大于压电陶瓷调节器几倍的纳米级的位移。切削DOC的深度和控制塑性状态过程的微塑性区域能够被调节器设置为具有高于1nm的精度,并能用金刚石磨削砂轮研磨。在当前研究中所用到的镜为多晶体、非晶体,也有加固玻璃。磨削实验的结果表明,已研制出来的超精机床能够实现对塑性状态下的玻璃和陶瓷材料的加工。材料特性参数和微裂纹之间的关系已被检测到,适用于大多数被研究玻璃的脆性到塑性磨削方式的转换已经确定。运用AFM、SEM和ZYGO对磨削表面进行了分析,例如BK7和TRC5(新材料;加固玻璃)的磨削表面分别具Ra=0.15nm和Ra=0.32nm的表面粗糙度。     

有机醇质量浓度对Si3N4陶瓷磨削过程的影响

磨削液质量浓度对磨削过程的使用效果和应用成本具有很大的影响.对摩擦学性能、黏度、热容3个参数进行研究,探讨有机醇磨削液质量浓度改变对Si3N4陶瓷磨削性能的影响.试验结果表明:在切磨过程中,可以选用质量浓度较低的磨削液;而对于平磨和外圆磨削等,宜选用质量浓度较高的磨削液.     

工程陶瓷表面粗糙度与图像纹理特征关系

为描述陶瓷磨削表面纹理特征与粗糙度的相互关系,实现快速评定和预测陶瓷磨削加工表面粗糙度,运用灰度共生矩阵对表面纹理特征进行提取和分析。根据采样点间距、灰度级随特征值的变化曲线确定灰度共生矩阵影响因素,按4个方向建立灰度共生矩阵并计算所有纹理特征参数均值。通过分析特征参数间相关性,确定4个参数为陶瓷磨削表面纹理主要特征参数。该参数与表面粗糙度的变化规律,可以反映陶瓷磨削表面粗糙度,进而评估磨削加工质量与可靠性。     

高陡度非球面磨削亚表面损伤深度规律

具有高陡度非球面特性的光学元件可以明显改善光学系统的空气动力学性能,从而提升和优化系统综合性能。磨削加工方法可以作为此类元件的前期加工工序,而磨削难免会造成零件的亚表面损伤,且在这种高陡度非球面磨削加工中磨削参数是实时变化的,造成整个工件亚表面损伤深度不一致。针对这种情况,建立亚表面损伤预测模型,并结合半球形砂轮磨削的特点,通过理论计算预测非球面磨削亚表面损伤深度分布规律。在此基础上,以热压多晶氟化镁平面为对象进行模拟参数实验,通过磁流变抛斑点法得到各组参数下亚表面损伤深度情况,结果显示损伤深度范围在12.79μm~20.96μm之间,且沿试件半径方向由内向外呈增大趋势,结果与预测模型相吻合。     

高温结构陶瓷精密磨削塑性变质层的物理模型

用透射电镜观察发现了磨削表面微晶和非晶层的过渡行为。采用物相分析和Ｘ射线衍射谱线分析证实了变质层中微晶的存在,通过能谱分析确定了非晶层的化学成分,应用硅酸盐物理化学中的相平衡理论,在对玻璃相结构进行量化分析的基础上,研究证实了Ａｌ２Ｏ３陶瓷表面变质层是由微晶和玻璃态化合物组成的塑性变质层。在此基础上,建立了陶瓷镜面磨削塑性变质层的物理模型,并用微刃切削理论解释了表面晶粒的碎化机理。     

叶片数控加工关键技术及切削参数优化

从涡轮叶片的叶型特点出发,综述了叶片数控加工的方法及技术的发展现状,并着重论述了叶片数控加工的几项关键技术叶片造型、叶片加工方式与刀具路径规划、叶片加工变形控制等.以表面粗糙度与切削效率为评价指标,完成了以切削深度、主轴转速、每齿进给量和走刀行距为切削参数的叶片铣削工艺试验研究,通过极差分析法考察了切削参数对表面质量和加工效率的影响规律,最终得到叶片铣削的最优工艺方案.     

高速精密混合陶瓷轴承套圈加工误差产生原因及工艺改进方法

分析了高速精密混合陶瓷轴承套圈磨削及超精加工过程中误差产生的原因及对后续工序的影响,针对不同工序中误差产生的原因,提出了减小加工误差的工艺改进措施。在磨削加工阶段,引入了双端面磨削加工方法;建立了外圆无心磨削工件中心最佳高度计算模型;根据无心磨削复映规律,提出了减小复映误差的具体措施,并验证了其合理性。在超精加工阶段,提出了采用分阶段选取不同参数的方法来提高超精加工的精度。     

基于灰度信息的工程陶瓷磨削表面粗糙度评定

为了快速简单地评定和预测工程陶瓷磨削加工表面粗糙度,提出一种基于表面图像灰度信息的新方法。设定亮度140、对比度42、饱和度24、锐度9的图像采集条件,并选取灰度均值μ和均方差σ作为表征表面粗糙度的灰度参数,对数字图像进行降噪、增强和灰质化处理后,提取多幅磨削表面图像的灰度信息,绘制出表面粗糙度评定参数Ra、Rz、Ry与灰度信息平均值的关系曲线。结果表明：灰度均值和均方差与工程陶瓷磨削加工表面粗糙度呈同步递增或降低的关系,这一结果可用于快速评定任意磨削工件的表面粗糙度。     

计算机辅助加工工件变形分析方法研究

为迅速、准确、合理地确定切削加工的工艺参数 ,将有限元方法、人工神经网络和遗传算法运用于计算机辅助加工工件变形分析中。通过合理的系统设计 ,实现了对工件切削加工变形量的准确预报和对加工参数的正确优化。实际生产证明 ,采用本方法优化确定加工参数 ,达到了预期的迅速、准确、合理的目标 ,有效地降低生产成本 ,提高生产率     

难加工材料3种优化指标的应用特性

采用刀具耐用度、切削里程、材料去除总量对同一组难加工材料进行正交试验,结果表明:采用刀具耐用度作为评价指标进行优化时,其结果往往是对应于最小的切削用量,高的刀具耐用度并不对应于高的切削能力和切削效率,优化结果存在较大的局限性;切削里程和材料去除总量在实际生产中分别代表已加工表面的形成量和总切削量,可以较好地反映切削参数与应用效果之间的关系,作为评价指标时,两者较刀具耐用度的评价更为有效。不同指标的评价结果不同,应用时需根据实际情况进行有针对性的选择。     

新型棒料高速动态跟随切割装置设计与优化

针对目前棒料高速动态切割装置支撑半径无法调整,切割精度以及刃磨刀片刃口形状无法控制的缺陷,根据切割装置切割原理,建立了切割模式、刀片数量等切割参数与支撑半径、切割误差的数学模型,并运用曲柄滑块机构设计了新型可调式支撑装置;基于空间齐次坐标变换方法构建了切割刀片刃口形状与切割直径、砂轮安装角度等刃磨参数之间的曲线方程,设计了新型可调式刃磨装置。以刀盘转速、切割误差等作为优化目标,采用MATLAB优化工具箱,对现有双刀双切烟支切割装置的切割和刃磨特性参数进行了非线性多目标优化。根据优化结果,提出了一种新型高速动态跟随切割装置设计方案,该方案采用四刀双切的切割模式。与原装置相比,新装置在切割效率不变的情况下具有更好的切割质量。最后通过仿真验证了该装置的可行性。     

Research on Cutting Force of Ultrasonic Diamond Wire Saw

Based on impulse and vibration machining theories,a mathematical model of cutting force for the electroplated diamond ultrasonic wire saw was established using superposition principle.The differences between the cutting forces with and without ultrasonic effect were analyzed theoretically and experimentally.The results indicate that the cutting force of diamond wire increases along with the spindle speed decrease and the lateral pressure increase.The force in ultrasonic vibration cutting is about 20% to 30% less than that in conventional cutting.Also,the cutting trajectory of single diamond grit in sawing process is simulated,and the reason that the ultrasonic vibration can reduce the cutting force is explained further.     

高硬再制造表面强化层的加热切削研究

应用高性能硬质合金、陶瓷刀具和CBN刀具对常温条件下难以加工的高硬堆焊材料进行加热切削试验。试验结果表明：尽管加热条件下冲击效应降低,但CBN刀具仍然破损严重;陶瓷刀具虽然也无法实现理想的切削,但切削过程中刀具破损模式从崩碎式失效转变为磨损失效;3种刀具中高性能硬质合金应用效果最佳,其最佳参数条件下,一个切削里程后刀面VB值仅为0．3mm,试验过程中,刀具磨损随表面加热温度、切削速度、切削深度的提高而增大,但随进给量取值的增大而减小,其中切削速度对刀具VB值的影响最大,而进给量和削切深度对刀具VB值的影响较小。综合分析还表明：试验中刀具磨损速率仍然受刀具红硬性极限的限制。     

精密加工过程切削用量和表面粗糙度关系的模糊化处理方法

在金属切削原理中,用切削用量可以估计理论表面粗糙度。由于切削过程的复杂性,实际加工表面粗糙度和理论表面粗糙度有较大差距。本文采用模糊模式识别方法,对切削用量和表面粗糙度的关系进行了实验研究。本人介绍的理论方法、实现技术路线和实验结果,为以后开展ＦＭＳ或ＣＩＭＳ中智能化质量监控技术的进一步研究打下了基础。     

等离子弧加热切削工程陶瓷试验

主要阐述了采用自制新型水介质等离子弧设备对氮化硅陶瓷材料进行加热辅助切削的试验条件及过程。通过对加工后刀具磨损的测量,总结出在热源距离h=8mm,电流I=6A,电压U=140V的热源条件下,采用V=450r/min、f=0·08mm/r和ap=0·2mm的切削用量时,刀具磨损比较小,切削效果理想。该试验说明了应用该小功率水介质等离子弧辅助加热切削氮化硅陶瓷材料的方法可行而有效,能够大大降低加工成本,对促进工程陶瓷材料的更广泛应用具有重要意义。     

高硬热喷涂层的缓进给切削试验

采用高硬材料切削过程中常用的2种刀具材料CBN和YG610,应用缓进给的模式对高硬喷涂层进行切削试验。试验结果表明：采用小进给切削模式YG610刀具切削高硬热喷涂层可以获得较理想的刀具耐用度,并且加工表面质量可以达到Ra1以下,具备了以车代磨的基本条件。高硬材料切削常用的刀具CBN在切削过程中出现了较严重的非正常破损现象。通过对试验现象的分析,可以认为冲击性和高硬度的同时存在是喷涂层切削的最重要特性。因此,喷涂层切削刀具需要同时具备较高的韧性和硬度。     

微槽结构单点金刚石飞切加工的切削力建模

超精密单点金刚石飞刀切削技术是一种比较新颖的微槽类结构加工方式。在飞切过程中,切削力是切削过程中重要的物理量,对加工后的表面质量、刀具磨损等有着直接影响。提出了一种基于直角微切削理论的动态微槽类结构飞切的力学模型,基于微切削理论,得到了前、后刀面切削力的理论模型。根据飞切的几何运动特征,建立了飞切过程中剪切角的计算模型,并根据单圈飞切实验得到了飞切过程中剪切面的变化规律。为了验证模型的正确性,采用不同切削参数进行了多圈重叠飞切实验,对切削力进行了测量和分析。实验得到的切削力大小和变化规律与理论模型计算得到的基本一致,证明了该切削力模型的有效性。     

A linear programming approach to geometric programs

A cutting plane method, based on a geometric inequality, is described as a means of solving geometric programs. While the method is applied to the primal geometric program, it is shown to retain the geometric programming duality relationships. Several methods of generating the cutting planes are discussed and illustrated on some example problems.     

用最大熵谱法分离切削声发射信号的研究

对金属切削过程中不同声发射源的信号进行分离,是声发射技术用于切削状态监控以及提高其可靠性的关键。文中采用宽频带测试系统和最大熵谱分析方法,对车削过程中众多声发射源的声发射信号进行了分离实验研究。结果表明,在频域内进行不同声发射源的声发射信号的分离是可行的。     

Analysis of some critical aspects in hot machining of Ti-5553 superalloy: Experimental and FE analysis

In this study, a newly developed titanium superalloy, i.e., the Ti-5553 alloy has used for hot machining. This material replaced Ti-grade-5 alloy in the application of aerospace, automobile, and biomedical sector. However, similar to Ti-grade-5 alloy, the Ti-5553 alloy has a low thermal conductivity which makes it difficult-to-cut material categories hence, high tool wear, cutting force and bad surface finish. Hot machining of Ti-5553 has been studied at different machining condition (room and hot) using Deform-2D finite element analysis. The result from the simulation test was compared with the experimental value and reduction of cutting and thrust forces was observed. The experiment was carried out with the same input parameters as simulation, and good coherence between them observed. Additionally, cutting zone temperature, effective stress, etc. for both room and elevated the temperature are also discussed.