金刚石线锯超声振动切割SiC锯切力的实验研究

在建立金刚石线锯普通切割SiC各锯切参数与锯切力关系的基础上,研究了振动切割中各参数对锯切力的影响机理和锯丝磨损对SiC切割表面质量的影响,并采用单因素进行锯切参数对锯切力和SiC切割表面形貌的试验研究。结果表明:同等条件下,超声振动切割比普通锯切的平均主锯切力明显减小;相对于锯切速度和工件转速,工件进给速度对锯切力的影响更为明显;增大振幅直接扩大了介于工具-工件间的动态容屑空间,有利于排屑。正确选择锯切工艺参数尤其是进给速度和振幅,对锯切力和动态容屑空间的平衡至关重要。     

小型圆盘锯机锯切声功率的计算分析

以小型圆盘锯机为研究对象,通过对锯切过程中主要声源及受力有确了主要锯切噪声是由锯齿高频脉冲激励引起锯片和工件的局部高频脉冲振动所产生的。并用大型有限元结构分析软件ＡＮＳＹＳ计算得到了单元速度值,根据结构振动声辐射理论,对圆盘锯机的锯切噪 进行了定量计算分析。理论计算值与实测结果的比较表明,所建立的圆务锯机锯切噪声分析及计算理论是正确的。     

单颗金刚石磨粒切削面积的推导

引进运动学中的点速度合成定理，求解单颗金刚石磨粒切削面积。通过详细的理论推导，推出单颗金刚石磨粒锯切速度方程、锯切运动方程和切削面积的计算公式。结果表明，金刚石磨粒锯切面积与前一颗金刚石磨粒所夹的圆心角成正比，并与进给速度、锯切深度成正比，也与金刚石圆锯片的转速成反比。     

旋转超声加工对TiBw网状钛基复合材料表面残余应力的影响

为研究不同切削条件下旋转超声加工对材料表面残余应力的影响,选取硼化钛晶须(TiB whiskers, TiBw)网状钛基复合材料为实验对象,使用镍基电铸金刚石砂轮进行旋转超声加工,并分析了加工后材料的表面残余应力。结果表明：由于钛基复合材料具有网状结构和优异的高温性能,使切削热和微观相变产生的残余应力较小,磨粒机械作用产生的残余应力更大。随着超声振动的引入,磨粒高频冲击工件表面,使旋转超声加工工件表面残余应力均大于普通磨削。在主轴转速n=9 000 r/min,进给速度v_f=8 mm/min,加工深度a_p=25μm的加工参数下,旋转超声加工工件表面存在-540 MPa的残余压应力,随着主轴转速增大,残余应力显著减小,并且残余应力的影响层深度逐渐减小。超声振动的引入增大工件表面残余压应力,提高材料抗疲劳性能。     

旋转锯切过程中摩擦引起工件振动规律的确定

通过对旋转锯切过程中工件受力及摩擦引起振动机理的研究分析, 建立了摩擦引起工件粘滑振动的运动方程, 确定了工件粘滑运动的规律, 讨论分析了工件粘滑振动时的位移、速度、加速度及作用力随时间的变化趋势, 并对工件粘滑振动的幅值及周期进行了预估。以φ１６５０冷锯机锯切０．０６×０．０６ｍ ２ 方钢为例, 对所建理论进行了验证。此项研究成果可为进一步降低锯切过程的振动噪声及提高锯机的效率提供理论依据。     

砂轮偏心回转对精磨表面形貌特征量的影响

因主轴装配精度和动态磨耗等导致的砂轮偏心回转行为对精磨表面质量具有重要影响.以砂轮偏心顺磨为例,改进相邻磨粒瞬态切削深度(简称切深)模型并深入分析偏心激振机理.加工表面划痕截面特征测量结果与三维表面形貌仿真结果的比较表明:砂轮偏心回转微量变化对同等实验条件下的工件表面形貌和加工精度具有较大影响.当砂轮偏心值在1μm以内时,相邻磨粒连续切深分布均匀,加工表面划痕平均切深Rt约为预设切深值ap的40%,表面粗糙度的实验测量与仿真结果基本一致;当其值达到3μm时,工作磨粒切入-切出瞬态冲击与强迫激振加剧,使得加工表面最大划痕深度超过ap值的5.6%左右,工件表面粗糙度与稳定状态相比增加近1倍,加工表面划痕深度非线性分布呈现复杂特征.     

磁场强度对切缝宽度和崩边宽度的影响

为了进一步研究磁场强度对线锯切割性能的影响,根据锯丝和磁性磨粒的磁化曲线,研究了锯丝外部磁场强度和磁性磨粒所受磁力的关系.搭建了磁性磨粒吸附观测实验平台,验证了磁力对锯丝周围的磁性磨粒产生的分区吸附效果.结合磁系与线锯切割机床,搭建了磁感应游离磨粒线锯切割实验平台,并进行了不同磁场强度下的切割对比实验.研究结果表明:在0.00~1.07×105 A/m磁场强度范围内,切缝宽度和崩边宽度随外部磁场强度的增强而减小,进一步增加磁场强度之后,切缝宽度和崩边宽度增大;磁感应游离磨粒线锯切割中的最优外部匀强磁场强度为1.07×105 A/m左右.     

超声振动辅助抛光氮化镓分子动力学仿真分析

为了揭示超声振动辅助抛光（UVAP）氮化镓（GaN）的微观机理,为优化超声参数实现GaN材料高效去除和改善表面质量提供指导意见。采用分子动力学（MD）模拟方法研究了超声振动条件下单个磨粒在氮化镓（GaN）材料表面的划擦行为,并分析了超声振动周期和幅值对GaN材料去除行为的影响。结果表明,随UVAP振动周期的增大,平均切向力不断减小,平均法向力先增大后减小,损伤层厚度先降低后逐渐趋于平缓。振动周期为40 ps时,去除原子数量为常规抛光的5.6倍,同时损伤层深度仅为15.85 ?。而随着UVAP振幅的增加,平均切向力先减小后增大,平均法向力不断减小,划痕宽度和损伤层深度非线性增大。在振幅为8 ?时,损伤层深度与常规抛光基本保持一致,且去除原子数量相比常规抛光提升了4.6倍。UVAP较常规抛光能够降低平均磨削力,增大划痕宽度,提升去除原子数量,具有优异的抛光效果。UVAP振动周期和振幅的增大均会增加划痕底部的位错类型。此外,位错总长度的大小主要受振幅的影响,而与振动周期基本无关。通过调控UVAP振动周期和振幅分别为40 ps和8 ?,能够保证较好的表面质量和较高的材料去除效率。     

三维超声振动辅助铣磨氧化锆陶瓷的试验研究

分析了三维超声振动辅助铣磨（Ultrasonic Vibration Assisted Grinding, UAG）中单颗磨粒的运动学,采用自主搭建的三维超声振动辅助铣磨加工系统,对氧化锆陶瓷进行超声振动辅助铣磨加工试验.在不同超声辅助条件下,对比铣磨氧化锆陶瓷的法向铣磨力、表面粗糙度和工件表面形貌,研究不同加工参数对三维UAG加工过程的影响规律以及三维超声对铣磨过程的影响.研究结果表明,铣磨氧化锆陶瓷时,法向铣磨力随超声辅助加工维度的增加而减小,三维UAG加工可有效降低其铣磨负荷,且加工参数对法向铣磨力降低幅度的影响最小;法向铣磨力降低幅度随进给速度与切削深度的增大而减小,随主轴转速的增大而增大.氧化锆陶瓷工件的表面粗糙度随超声辅助加工维度的增加而降低,表面形貌逐渐呈现更多的塑性划痕,加工参数对三维UAG加工表面粗糙度的影响最小.由此可见,三维UAG加工中,单颗磨粒切削轨迹长度的增大有利于其切削厚度减小,从而降低铣磨力并改善加工表面质量.     

超声振动辅助磨削脆性材料去除机理

脆性材料塑性去除有利于提高加工表面质量。采用切向、轴向和径向超声振动辅助磨削加工方法,对烧结钕铁硼NdFeB永磁材料去除机理进行了试验研究,结合脆性材料去除脆-塑性转变临界条件,分析了不同超声振动辅助方式对材料去除机理的影响。分析得出以下结论:轴向超声振动辅助磨削加工过程中,材料主要以塑性剪切的方式去除;切向超声振动辅助磨削加工过程中,材料主要以塑性方式去除,同时伴有少量沿晶断裂;径向超声振动辅助磨削加工过程中,工件材料主要以断裂破碎的方式去除,而且加工表面残留裂纹。因而,轴向超声振动辅助磨削最有利于实现脆性材料塑性去除。     

超声振动条件下碳化硅抛光过程的分子动力学模拟

为了深入探讨在超声振动条件下立方碳化硅化学机械抛光过程中原子层面的材料去除机制,利用分子动力学方法建立碳化硅原子模型,以分析超声振动对刻划加工过程中碳化硅的晶体结构、温度、法向力和切向力的影响规律,并分析了超声振动频率对化学机械抛光质量及材料去除率的影响.结果表明:在刻划加工过程中碳化硅的局部出现了非晶态变化;超声振动的引入将大幅降低磨粒所受平均切向力和平均法向力,从而有利于刻划加工的进行及其表面质量的提高;在给定的模拟参数条件下,80GHz的超声振动频率最有利于提高材料去除率和加工表面质量,即当振动频率超过一定值后,超声振动对材料去除率和表面质量的影响不大.     

单晶硅纳米级压痕过程分子动力学仿真

对内部无缺陷的单晶硅纳米级压痕过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度分析了单晶硅纳米级压痕过程的瞬间原子位置、作用力和势能等变化,解释了压痕过程.研究表明:磨粒逐渐向单晶硅片的逼进和压入,使得磨粒下方的硅晶格在磨粒的作用下发生了剪切挤压变形,磨粒作用产生的能量以晶格应变能的形式贮存在单晶硅的晶格中(即硅原子间势能),因此硅原子间势能随着力的增加而不断增加,当超过一定值且不足以形成位错时,硅的原子键就会断裂,形成非晶层,堆积在金刚石磨粒的下方.当磨粒逐渐离开单晶硅片时,非晶层原子进行重构,释放部分能量,从而达到新的平衡状态.     

提升304不锈钢加工表面的单激励三维振动切削装置设计

为了解决传统成型加工过程中304不锈钢材料表面质量差、易产生毛刺等问题，设计了一种新型三维超声振动切削装置并进行了实验研究.首先通过对装置结构几何变形关系的分析，建立了刀尖的理论运动轨迹模型，通过Matlab对轨迹模型进行拟合并利用ANSYS对实际输出轨迹进行仿真分析，得到刀尖运动轨迹为空间中的三维抛物线.其次对装置进行有无超声振动切削实验，通过超景深系统和三维轮廓仪对已加工工件表面进行了测量和观察，发现超声振动切削下已加工表面粗糙度的算术平均高度明显小于普通车削的情况.结果表明：相较于普通车削，超声振动切削对于304不锈钢材料具有良好的加工性能.     

光学玻璃旋转超声端面铣削表面特性

为了提高光学玻璃元器件的整体加工效率,提出了将旋转超声端面铣削(RUFM)工艺方法应用于光学玻璃的平面加工。通过分析RUFM金刚石磨粒运动学、动力学特性,结合脆性材料压痕断裂力学理论及材料去除特性,建立了脆性材料RUFM去除模型。在此基础上,开展了RUFM和普通加工光学玻璃的对比试验。扫描电子显微镜(SEM)观察两种加工方式的表面形貌显示:RUFM以较小且均匀的贝壳状碎屑完成材料去除,具有较小的径向裂纹和侧向裂纹尺寸。亚表面损伤磁流变抛光斑点检测的结果表明:与普通加工相比,RUFM可以有效降低光学玻璃加工亚表面损伤深度。理论和试验研究表明,RUFM工艺方法是光学玻璃等脆性材料的有效加工方法。     

纳米复相陶瓷超声磨削频率与表面质量关系的实验研究

基于超声刻划试验得出超声振动下单颗磨粒去除材料方式的变化,从本质上解释了超声磨削下表面质量提高的原因.超声振动作用会导致材料的磨削层表面等效硬度急剧降低,材料去除方式从脆性向塑性转变,且随频率升高现象更为明显.实验结果表明,超声磨削下纳米复相陶瓷材料的表面质量高于普通磨削,且超声振动频率的升高对提高表面质量有促进作用.     

几种径向下锯模型的比较

介绍了三种径向下锯模型：四开法、三开法和六开法，模型运算结构表明，各下锯模型中原木断面面积利用率和出材率随原木径级增大而提高，小径原木宜生产薄板，大径原木宜生产中厚板，三开法的原木断面面积利用率和原木出材率最高，六开法最低，四开法居中。若对径向纹理要求很高，宜采用斜拼法提高原木断面积和利用率和原木出材率，实际生产宜采用三开法在新式剖料锯机理上进行。     

磁弹磨粒双磁盘磁力钝化仿真与实验研究

磁弹磨粒具有磁性、低弹性模量以及优良的研磨性能，能够提高加工效率和加工质量。首先，基于磁场基本理论和磁弹磨粒特性，分析了磁弹磨粒双磁盘磁力刀具钝化机制；然后，基于磁场中磁弹磨粒的磁场力对离散元软件EDEM进行二次开发，建立了磁弹磨粒双磁盘磁力刀具钝化过程仿真模型，研究了磨粒粒度、磁化率和磁盘间距对刃口碰撞次数和磨粒旋转速度的影响规律；最后，采用Matlab软件对刀具刃口轮廓进行重建，提出了基于钝化面积的改进形状因子表征方法，通过正交实验研究了磨粒粒度、磁化率和磁盘间距对刃口钝化量的影响规律，并验证了所提改进形状因子表征方法的可行性。结果表明：随着磁弹磨粒粒度的增大、磁化率的增加和磁盘间距的减小，刃口碰撞次数和磨粒旋转速度增大；钝化参数对刃口钝化量的影响程度大小依次为磨粒粒度、磁盘间距、磁化率，最优钝化参数组合为磨粒粒度40目、磁化率0.1、磁盘间距15 mm；仿真与实验钝化面积的最大相对误差为16.33%，最小相对误差为0.42%，仿真能够较好地预测刃口钝化形貌，且改进的刃口形状因子能够较好地表征刀具刃口钝化形貌。     

台山核电站取水明渠爆破振动监测与分析

针对台山核电厂一期工程取水明渠工程段陆上爆破挖岩对取水闸门的影响,根据实际开挖中的爆破振动监测数据,分析了取水闸门爆破振动特性,指出就所测数据而言,在垂直方向爆破振动速度峰值一般具有大于水平径向、水平切向的特点。回归分析了取水闸门地面质点振动速度在水平径向、水平切向和垂直方向的传播衰减规律,提出了为保证建筑物安全而控制不同爆心距下的单段最大段药量,对取水闸门上的实测爆破振动信号进行频谱分析,可知爆破地震波的主振频率主要集中在10~50 Hz,高于取水闸门自振频率5.26 Hz,一般不会产生较大的共振效应。研究对于以后爆破设计、施工有一定的参考意义。     

载荷对双金属复合带锯条锯切寿命及断口特征的影响

研究了不同载荷条件对双金属复合带锯条的锯切寿命及断口特征的影响，结果表明：低载荷条件下，锯切寿命取决于背部材料疲劳性能，裂纹扩展初期呈沿晶开裂形貌特征；高载荷条件下，锯切寿命取决于齿部材料的耐磨性能，裂纹扩展初期呈穿晶准解理开裂形貌特征，这些现象均与氢脆有关。     

带锯条掉齿前后横向振动位移及主频率变化规律

以MJ345A型木工带锯机为研究对象,在空载下利用振动分析仪和振动信号采集、处理、分析软件对带锯条的横向振动进行测试及信号采集,通过锯条横向振动位移、自功率谱分析,找出不同条件下锯条振动位移和主振型频率的变化规律.通过正交试验分析可知:锯轮主轴转速是对锯条横向振动位移影响最为显著的因素,其次为锯条张紧力,皮带张紧力为不明显因素.对带锯条掉齿前后的分析表明:如果测定带锯条横向振动位移范围在0.56~0.68μm,振动主频率范围在450~465 Hz,则说明锯条已经产生至少2个掉齿,为保证带锯机锯切安全及锯切质量需要及时更换新的带锯条;明确了带锯条掉齿前后横向振动位移、频率的变化规律.研究结果可为实际生产中充分合理利用带锯条,防止加工质量严重下降和危害人身安全事故的发生,适时更换锯条提供前期试验基础和判断的初步依据.