工件超声振动辅助微通道铣削成形试验研究

为了改善不锈钢材料的微通道高速铣削成形特性,利用自行研制的具有双直槽结构的矩形六面体超声变幅器实现工件的水平超声振动,对304奥氏体不锈钢板载微通道结构进行工件超声振动辅助微铣削成形加工试验,研究了不同工艺参数对微通道成形表面质量的影响。试验结果表明:在超声辅助微铣削加工过程中,当工件的水平超声振幅为4μm时可有效改善切削加工表面的粗糙度,偏大或偏小的超声振幅都会导致微通道表面质量变差;当每齿进给量接近刀具最小切削厚度时,微铣刀钝圆半径引起的尺寸效应最为显著,表面切削加工质量较差,而略大于刀具最小切削厚度的微铣削每齿进给量以及较小的轴向切深,都有利于改善不锈钢微通道表面的铣削成形质量。     

激光诱导氧化辅助铣削SiCp/Al复合材料试验研究

为了提高碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)的切削加工性,本文提出了一种激光诱导氧化辅助铣削的复合加工方法。在激光参数为平均功率10 W,扫略速度为2 mm/s,扫略间距为10 μm的条件下,能够获得疏松多孔氧化层,从而提高加工效率和加工质量。本文主要研究该材料在激光辐照下的氧化机理,以及铣削过程中铣削参数对切削力和表面完整性的影响规律。在铣削深度为0.1 mm,每齿进给量为0.005 mm/z时,加工质量最佳。     

微波印制板的微铣削实验研究

微铣削是一种先进的高速加工技术,而微波印制板是一种较难加工的复合材料.通过直径为1mm的微铣刀在铝衬微波印制板上进行的切削参数的单因素实验,得出转速和每齿进给量对铣削力的影响较大,切削深度和切削宽度影响相对较小.转速在10 000~14 000r/min、进给量在0.03mm左右时,可综合获得较好的表面加工质量和较少的刀具磨损,对实际的工艺参数选择有一定的指导意义.     

不同晶粒度45#钢超声辅助微铣削实验研究

超声辅助微铣削是在微铣削的加工过程中,对刀具或者工件施加一定频率和振幅的超声振动,改变材料去除机理,改善微铣削的加工特性.文中以45#钢为例研究晶粒度的大小对超声振动辅助微铣削结果的影响,对不同大小晶粒下45#钢进行了超声微铣削实验,分析材料晶粒度的大小对超声辅助微铣削实验结果的影响.通过改变微铣削工艺参数和超声振幅并进行正交实验,重点分析晶粒度的大小对铣削力,加工表面粗糙度和加工工件精度的影响.验证了在相同的工艺参数下微铣削过程中晶粒度较大的材料对应较小铣削力的结论,同时晶粒度较大的材料可以获得更好加工表面质量.      

超声微铣削加工毛刺成形特性研究

为减少微细切削加工过程中产生的微型毛刺对微型零件成形加工质量的影响,利用双直槽结构矩形六面体超声变幅器对工件施加水平辅助超声振动,在304奥氏体不锈钢板表面进行微沟槽结构超声微铣削成形加工试验,研究不同超声微铣削参数条件下铣削顶部毛刺的成形特性.试验结果表明,工件的水平超声振动使得不锈钢微沟槽顶部毛刺形态由长条形的絮状结构变为连续的片状结构;且随着超声振幅的增大,片状毛刺的高度逐渐减小,呈微细碎片化趋势.工件的水平超声振动还有利于减小微铣削沟槽顶部毛刺的长度,且当每齿进给量略大于刀具最小切削厚度时,毛刺长度的减小最为明显.      

Inconel 718微铣削加工表面残余应力有限元仿真

刃口圆弧半径和每齿进给量显著影响微铣削镍基高温合金残余应力,因此进行了基于ABAQUS的Inconel 718微铣削三维仿真研究.基于J-C本构方程模拟材料应力应变关系,得到相同单元在S11和S22两个方向的残余应力值,进而研究每齿进给量对表面残余应力的影响规律.进行Inconel 718微铣削实验,通过X射线衍射法测量不同每齿进给量切削过程中工件进给和垂直进给两个方向上的残余应力.进给方向的表面残余应力实测值与仿真结果最大误差为21.1%,平均误差为8.9%;垂直进给方向的表面残余应力实测值与仿真结果最大误差为31.0%,平均误差为12.3%,验证了Inconel 718微铣削加工三维有限元仿真模型的准确性.     

微铣削力在高速微尺度加工中的实验研究与分析

对微铣削过程中微铣刀刀刃受到的微铣削力进行测量,并研究其特性和变化规律.从理论角度对螺旋立铣刀的受力机理进行重点分析.借助现有的微铣削实验平台,选择典型的工件材料并设计相应的实验方法.对加工不同材料工件的刀具所受到的微铣削力进行分析,获得了微铣削力的特征和变化规律.实验结果表明:刀具受到的微铣削力随着微铣削参量的变化而变化,其变化规律与加工工件的材料性能密切相关.微铣刀刃径、每齿进给量、轴向铣削深度和材料的晶粒尺寸是引起尺寸效应的主要因素.     

高速铣削参数对铝合金零件表面粗糙度的影响

高速切削技术可以降低生产成本,提高零件的表面质量。笔者采用正交实验方法,研究硬质合金刀具高速铣削铝合金材料时,每齿进给量、切削深度、切削速度和行距等铣削参数对零件表面粗糙度的影响。通过对实验数据的直观分析和方差分析,得出了影响零件表面粗糙度大小的主次因素,并确定出较优的铣削参数。结果表明：每齿进给量、切削深度、切削速度和行距分别在0.06 mm/齿、0.6 mm、942.48 m/min和0.05 mm附近取值时,可获得较好的表面质量。该研究为指导企业生产实践提供了的参考依据。     

球头铣刀加工钛合金零件的铣削力特性

在钛合金的铣削加工过程中,切削力特性将对零件的最终加工质量有重要的影响.对用球头铣刀铣削钛合金工件的切削力特性进行研究.首先建立了用球头铣刀对Ti-6Al-4V铣削加工的切削力数学模型,并通过编写程序求解得出了瞬时切削力及其变化规律;其次建立了球头铣刀对Ti-6Al-4V铣削加工的有限元仿真分析模型,获得了铣削过程中铣削区域的应力场、温度场等;最后设计并完成了切削力测试实验,将得到的实验数据进行了正交分析.结果表明切削参数对平均铣削力影响程度大小的顺序为:轴向切深、每齿进给量、径向切深和主轴转速.     

中间尺度零件微细铣削加工工艺

论述了中间尺度零件微细铣削加工关键使能技术,然后介绍了自行研制的小型精密数控微细铣削系统,其定位精度可达1.53 μm.最后开展机床加工工艺实验研究,采用直径0.2 μm的端铣刀进行平面微细铣削加工,获得表面粗糙度值为215 nm;采用直径0.2μm的球头铣刀进行微直槽加工,尺寸误差在1-2μm以内;并进行了微螺旋槽、微齿轮及微半球典型结构件的微细铣削加工实验.分析结果表明系统已经具备了对中间尺度三维微小零件的微细铣削加工能力.     

铝合金6061微尺度铣削的铣削力仿真与实验研究

采用有限元仿真和单因素实验相结合的方法,研究了铝合金6061微尺度铣削的铣削力影响因素.建立了刀具和工件的三维模型并对其进行装配和网格划分,通过有限元仿真模拟了铝合金6061材料的微尺度铣削过程,得到了铣削速度和铣削深度对铣削力的影响规律,并进行了单因素实验研究.结果表明:随着主轴转速的不断增大,铣削力先增大后减小,转折点为24000r/min;随着铣削深度的不断增大,铣削力先增大后减小再增大,转折点为10μm和12μm;随着进给速度的不断增大,铣削力也不断增大.优选出铝合金6061材料微尺度铣削最优工艺参数组合为:主轴转速48000r/min,铣削深度5μm,进给速度20μm/s.     

石墨烯增强铝基复合材料研究进展

铝基复合材料作为金属基复合材料中最重要的材料之一,在工业生产以及日常生活中有着非常广泛的应用。石墨烯由于其高导热性、高阻尼性、高弹性模量、高强度以及良好的自润滑性成为复合材料中重要的增强体。将石墨烯用作增强体增强铝基复合材料有着非常大的应用潜力。归纳了石墨烯增强铝基复合材料的研究进展;总结了影响其性能的主要因素即增强体材料种类,石墨烯在铝基体中的均匀分散性以及铝基体与石墨烯之间的界面情况;介绍了石墨烯增强铝基复合材料的两种制备方法;分析了石墨烯增强铝基复合材料的增强机制;并展望了其发展前景,以期为制备高性能石墨烯增强铝基复合材料提供参考。     

Machining studies of die cast aluminum alloy-silicon carbide composites

Metal matrix composites (MMCs) with high specific stiffness, high strength, improved wear resistance, and thermal properties are being increasingly used in advanced structural, aerospace, automotive, electronics, and wear applications. Aluminum alloy-silicon carbide composites were developed using a new combination of the vortex method and the pressure die-casting technique in the present work. Machining studies were conducted on the aluminum alloy-silicon carbide (SiC) composite work pieces using high speed steel (HSS) end-mill tools in a milling machine at different speeds and feeds. The quantitative studies on the machined work piece show that the surface finish is better for higher speeds and lower feeds. The surface roughness of the plain aluminum alloy is better than that of the aluminum alloy-silicon carbide composites. The studies on tool wear show that flank wear increases with speed and feed. The end-mill tool wear is higher on machining the aluminum alloy-silicon carbide composites than on machining the plain aluminum alloy.     

单晶镍基高温合金DD98微铣削表面质量试验

为研究单晶高温合金的微铣削表面质量,使用M.A.FORD双刃端铣刀,刀刃直径为0.8 mm,试验材料为单晶高温合金DD98,完成正交试验研究.通过极差分析找出主轴转速、进给速度、铣削深度对微铣削表面质量影响的主次因素,即主轴转速的影响最大,铣削深度其次,进给速度最小;采用统计学知识,获得切削工艺参数的优化组合,使表面粗糙度最小,即主轴转速为n=3.6 kr/min,铣削深度为ap=5μm,进给速度为v=100μm/s,对此优化方案重复试验,表面粗糙度值为951 nm.并对其切削机理和影响表面质量及形貌的原因进行深入的分析,对单晶高温合金的微加工理论的机理揭示具有一定的指导意义.     

轴向超声振动辅助钻削机理与试验研究

针对传统钻削过程中经常出现断屑、排屑困难以及加工质量差等问题, 提出了轴向超声振动辅助钻削加工方法,并研究了其运动特性和断屑机理.利用自行设计的轴向超声振动辅助钻削系统对45号钢进行了传统钻削与轴向超声振动辅助钻削的对比试验.从孔的粗糙度、表面微观形貌、切屑形态等方面进行研究.结果表明,相对于传统钻削,轴向超声振动辅助钻削能有效降低孔表面粗糙度,改善孔表面微观形貌.另外,对试验结果进行方差分析,结果显示主轴转速和超声振幅对孔表面粗糙度有显著影响,其中当振幅在20μm,主轴转速在450r/min时加工效果最好.     

单晶镍基高温合金微铣削力试验

以单晶镍基高温合金DD98为研究对象,从单晶高温合金微观组织分析材料去除机理,得出DD98滑移面为密排面{111},滑移向为密排方向110,克服阻力最小,最易滑移.采用双刃微铣刀对单晶镍基高温合金DD98进行正交试验,通过极差分析比较获得切削参数对微铣削力的影响程度.结果表明,主轴转速的影响最大,进给速度其次,铣削深度最小.通过优化获得理想的切削参数为:主轴转速36 000 r/min,铣削深度5μm,进给速度20μm/s,此时微铣削力最小.并对其原因进行深入分析,为单晶高温合金的微加工理论的机理揭示提供理论参考和试验依据.     

SiC/ZL复合材料的切削力

从切削力角度研究了ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料的切削机理。实验数据分析表明：传统刀具切削粗大颗粒增强复合材料的平均切削力和切削力波动幅度随机时间推移迅速增大,且径向和进化切削力的增长快速主切削力的增,而切削细小颗粒增强复合材料的切削力变速度和幅度都比较小;采用低速和较大切削深度时,复合材料的切削力比切削未增强合金时更小,较高切削速度和较小切削深度时则反之。     

Graphene-based composite materials

Graphene sheets--one-atom-thick two-dimensional layers of sp2-bonded carbon--are predicted to have a range of unusual properties. Their thermal conductivity and mechanical stiffness may rival the remarkable in-plane values for graphite (approximately 3,000 W m(-1) K(-1) and 1,060 GPa, respectively); their fracture strength should be comparable to that of carbon nanotubes for similar types of defects; and recent studies have shown that individual graphene sheets have extraordinary electronic transport properties. One possible route to harnessing these properties for applications would be to incorporate graphene sheets in a composite material. The manufacturing of such composites requires not only that graphene sheets be produced on a sufficient scale but that they also be incorporated, and homogeneously distributed, into various matrices. Graphite, inexpensive and available in large quantity, unfortunately does not readily exfoliate to yield individual graphene sheets. Here we present a general approach for the preparation of graphene-polymer composites via complete exfoliation of graphite and molecular-level dispersion of individual, chemically modified graphene sheets within polymer hosts. A polystyrene-graphene composite formed by this route exhibits a percolation threshold of approximately 0.1 volume per cent for room-temperature electrical conductivity, the lowest reported value for any carbon-based composite except for those involving carbon nanotubes; at only 1 volume per cent, this composite has a conductivity of approximately 0.1 S m(-1), sufficient for many electrical applications. Our bottom-up chemical approach of tuning the graphene sheet properties provides a path to a broad new class of graphene-based materials and their use in a variety of applications.