超声振动切削改善硬脆材料加工性的研究

由于硬脆材料，如淬火钢、陶瓷等的使用越来越广泛，研究这类材料高效、高精度和经济的加工技术非常必要。本文采用超声振动切削技术，用普通硬质合金刀具，从切削机理的各个方面研究了这类材料的加工性问题，并提出一些对生产实际有指导意义的建议．     

高速车削碳钢工件表面的微观形貌和结构特征

根据对中碳钢所进行的高速车削实验的观察，对高速车削工件表面微观形貌和表层微观结构的形成过程及其特征进行了分析研究．结果表明，切削速度和材料硬度是决定切削过程中材料变形的主要因素，切削热使被切削材料产生高温软化，形成特有的工件表面犁垄和熔融金属涂抹现象，工件表层材料因切削高温出现二次淬火及回火现象，显微硬度发生改变，并出现了硬脆的白层组织．切削过程中的刀一工相对运动和切削热现象对已加工表面的形成起着至关重要的作用，随着切削用量增大，切削热和摩擦热增大，形成了高速车削工件表面特有的微观形貌和表层微观结构．     

硬切削加工技术在模具加工中的应用

硬切削与磨削相比具有良好的加工柔性、经济性和环保性能,在精加工工序中采用硬态切削是加工淬硬钢的最佳选择。文章介绍了硬切削工艺特点,对硬切削加工过程中所采用的刀具材料性能和工艺系统进行了分析,并对模具加工中的所采用的硬铣削进行了讨论,促进硬切削技术在模具加工中的推广应用的具有实际的意义,不仅有助于提高模具的加工精度,同时也减少生产成本。     

硬脆材料加工中超硬刀具的应用

在硬脆材料的加工中,对刀具材料的要求越来越高,硬度高、性能好的刀具已成为加工过程中理想的刀具。近年研制成功的超硬刀具,由于的性能好,耐用度高、综合成本低等特点,应用越来越广泛。本文主要针对超硬刀具在硬脆材料中的应用进行分析,使超硬刀具在今后能够得到更好的发展以及更加广泛的应用。     

硬脆材料超声振动磨削的试验研究

针对硬脆材料磨削效率低的难题,研究了硅片的超声振动磨削方法。进行了超声振动磨削与普通磨削的对比试验,研究了磨削参数变化对磨削力及表面粗糙度的影响,根据试验结果,分析了硬脆材料的脆性与塑性去除机理。研究证明:超声振动磨削硬脆材料虽然使粗糙度略有变大,但能够明显提高加工效率,降低加工成本。综合考虑精度与效率指标,超声振动磨削是一种实用的硬脆材料加工技术。     

正交切削淬硬45钢绝热剪切临界条件实验研究

进行了3种硬度淬硬45钢的正交切削实验,通过金相观测研究了切削条件对第一变形区绝热剪切的影响,得到了淬硬45钢在正交切削过程中的绝热剪切临界切削条件,并分析了平均切削力和切屑变形.结果表明：淬硬45钢的绝热剪切临界切削速度随着切削厚度的减小或刀具前角的增大而增大.材料硬度越高,临界切削速度越小.在绝热剪切发生时,平均切削力不发生突变.在绝热剪切发生之前,带状切屑的变形系数随着切削速度的增大而减小,并逐渐趋近于1.     

7075-T6铝合金单向超声振动车削表面质量及形貌特征

对7075-T6铝合金试件采用普通切削(CT)和振动切削(UVC)加工方法进行了加工实验,分析了2种切削加工方法在不同参数下对铝合金试件加工表面粗糙度的影响.试验研究结果表明:在相同的进给量和切削深度情况下,随着车削速度的变化,普通切削获得的加工表面粗糙度先减小后增大再减小,但随着转速的增大进入高速切削后,工件表面粗糙度值逐渐趋于稳定;随着进给量的增加超声振动硬车削与普通硬切削加工表面粗糙度都呈上升趋势,超声振动切削表面粗糙度较小;在切削速度、进给量相同的条件下,普通硬质切削7075铝合金加工表面粗糙度随着切削深度的增加而增加,而超声振动切削7075铝合金加工表面粗糙度随着切削深度的增加先减小后增加.通过对获得实验数据的分析以及对车削加工获得的加工表面显微形貌的观测,证实了超声振动加工在难加工材料加工中的优势.     

预应力硬态切削加工中残余应力的数值模拟

航空轴承外圈的疲劳裂纹分析表明,套圈表面的残余压应力分布致使轴承表面接触疲劳寿命降低。预应力切削是一种能主动控制加工表面的残余应力状态的方法,它是通过预先给工件施加一个弹性范围内的张应力后再进行切削加工。针对预应力硬态切削的特点,建立了切削模拟的三维热力耦合模型;分析研究了材料本构方程、任意拉格朗日-欧拉方法以及刀屑接触面的摩擦模型等切削模拟中的关键技术。最后,通过切削实验和有限元模拟,比较和分析了预应力硬态切削对加工表面应力状态的影响,证明了预应力切削方法能在加工表面产生残余压应力,从而提高加工表面的接触疲劳寿命。     

电解修整精密镜面磨削工件表面形态及切屑形成理论解析

研究了硬脆材料与电解修整磨削（ＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃＩｎＰｒｏｃｅｓＧｒｉｎｄｉｎｇ,ＥＬＩＤ）超精密镜面磨削过程中的诸多现象,特别是对工件表面微观形态进行了研究,研究结果表明超精密镜面的微刃磨削在工件表面形成的磨痕不同于普通磨削,即工件表面材料是经过微细磨料的数次碾压、剪切、位错、滑移造成表面材料质量团累积塑性损伤,脱离材料表面层而形成切屑的．建立了微细切屑的塑性损伤形成力学模型,并进行了解析,结论适用于硬脆材料的韧性（Ｄｕｃｔｉｌｅ）超精密磨削条件及研磨、抛光工艺过程．     

超硬刀具切削复合材料的实验研究

复合材料作为一种新型的工程材料 ,已在航空、航天等现代工业中得到广泛应用。超硬材料 (金刚石 ,立方氮化硼 )则是在 2 0世纪后期发展起来的新型刀具材料。文中阐述了复合材料和超硬刀具材料的种类、性能与制造方法。用超硬刀具对复合材料进行了切削试验 ,文中介绍了部分试验内容 ,并列出试验数据。实验研究表明 ,超硬刀具是加工复合材料最有效的刀具。PCD与 PCBN复合片及 CVD厚膜金刚石刀具能够有效地加工各种复合材料 ;但 CVD薄膜金刚石刀具只能加工纤维加强的复合材料。     

基于损伤理论的硬脆性泥页岩井壁稳定分析

硬脆性泥页岩地层的失稳破坏机理是非常规油气开发工作者的重点研究对象之一。从硬脆性泥页岩微裂缝的角度出发,将微裂缝视为硬脆性泥页岩的损伤,通过随机函数确定微裂缝的分布,将损伤力学和断裂力学相结合建立了硬脆性泥页岩的损伤本构模型。利用FLAC3D软件将硬脆性泥页岩的损伤破坏模型应用到井壁稳定分析中,并通过计算结果分析了钻井液、微裂缝形态等在硬脆性泥页岩破坏中占有的比重。计算结果显示,硬脆性泥页岩对钻井液的敏感度以及硬脆性泥页岩微裂缝的发育程度对井壁稳定影响最大,硬脆性泥页岩微裂缝的方向对井壁稳定影响很小。因此,钻井液的封堵性和密度是确保硬脆性泥页岩稳定的重要手段,控制钻井方向对维持硬脆性泥页岩稳定的作用有限。     

硬脆性页岩超声波透射实验研究

为了获取硬脆性页岩地层声波传播特征,以鄂尔多斯盆地井下石盒子组页岩为研究对象,采用超声波透射实验系统的分析了钻井液作用前后页岩声波时差、衰减系数、时域信号以及频域信号的特征。研究结果表明,钻井液作用后页岩声波时差增大,衰减系数增大,频域信号与时域信号均发生改变。钻井液作用后,页岩发生水化反应,声波时差与衰减系数可定量描述页岩水化动态变化,时域信号与频域信号能够定性分析页岩水化结构变化特征。超声波透射实验为硬脆性页岩水化特征的研究提供了一个新的思路。     

硬脆性泥页岩渗流-应力耦合井壁坍塌压力计算方法

硬脆性泥页岩的井壁坍塌是制约我国油气资源战略向深部地层成功转移的重要技术瓶颈。建立了裂缝渗流-应力耦合作用下孔隙压力的计算模型,选用弱面破坏准则,综合考虑各向异性、裂缝产状、井眼轨迹、地应力、渗流应力的影响建立了硬脆性泥页岩井壁坍塌压力的计算方法,分析了裂缝渗流、井眼轨迹和裂缝产状对坍塌压力的影响规律。研究发现,钻井液沿裂缝渗流导致坍塌压力升高,渗流初期坍塌压力升高较快,随时间推移,升高量逐渐逐渐减小;在高倾角裂缝中沿裂缝倾向钻进水平井坍塌压力较低。改善钻井液的封堵性、流变性和润湿性,减缓钻井液沿裂缝面的渗流,避免在坍塌压力较高的区域钻井,是该类地层安全钻井的关键。     

南堡2、3号构造中深层硬脆性泥岩漏失机理

冀东油田南堡2、3号构造中深层钻井液漏失问题突出,为科学认识其漏失机理,对该区块岩样开展微组构分析及理化性能测试,并结合现场统计资料分析了该区块钻井液漏失机理.研究结果表明:南堡2、3号构造中深层岩性以硬脆性泥岩为主,其水敏性不强,呈现出一定的硬脆性.岩样微裂缝发育,钻井液相沿裂缝侵入,造成岩样整体胶结强度减弱,易产生沿裂缝面的张性劈裂破坏.结合现场资料判断认为该区块漏失主要类型为张开型裂缝性漏失,钻井液侵入地层导致力学强度降低,引发水力尖劈作用而造成地层破碎,导致漏失程度增加.针对南堡2、3号构造复杂漏失原因,提出了针对不同漏失原因的应对措施.研究结果为科学认识该区块钻井液漏失机理、降低钻井成本提供了技术参考.     

东营组硬脆性泥页岩井壁稳定性研究

硬脆性泥页岩地层的钻井过程中,井壁垮塌现象频发,严重影响了油气田的高效开发。为减少该类地层井壁失稳问题,本文通过室内试验对硬脆性泥页岩理化特性进行分析,并定量分析钻井液作用对泥页岩影响程度。基于室内试验结果,利用线弹性理论和单一弱面准则,建立了考虑弱面结构、温场作用、水化特性的井壁稳定模型。利用该模型对井壁稳定性影响因素进行分析,结果显示：弱面结构的存在使得坍塌压力明显升高。弱面产状变化,造成坍塌压力分布复杂,不再存在单调变化的井斜方位;随温差增大,造成地层坍塌压力上升,但上升幅度相对较小;钻井液作用会显著缩减安全钻井方位范围,提高井壁垮塌风险。现场实例分析结果表明：利用提出的井壁稳定模型可以准确地预测坍塌压力分布,从而指导现场钻井作业。     

圆形地下洞室坚硬脆性围岩岩爆的模拟

为了探讨圆形地下洞室坚硬脆性围岩岩爆破坏机理,建立了长800mm×宽800mm×厚200mm的Ф160mm圆形地下洞室的数值与物理模型,在相同边界条件与同步提高荷载的情况下模拟圆形洞室坚硬脆性围岩岩爆破坏.数值模拟与物理模拟结果表明：同步施加水平边界荷载Ph与垂直边界荷载Pv到700kN过程中,围岩塑性区逐步沟通扩展;当同步施加Ph=Pv=710kN时,围岩塑性区在极短的时间与极窄的加载区间内迅速扩展,塑性变形显著,洞室围岩表现突发性破坏,符合脆性围岩岩爆破坏特征;随后,当施加Ph=Pv=710kN到Ph=Pv=780kN过程中,围岩塑性区增大不明显,围岩破坏相对稳定.数值模拟结果与物理模拟结果基本一致,两者结合,将为探讨岩爆发生机理提供强有力的研究手段.     

镍铁结合剂电沉积金刚石套料钻的性能研究

研制了适用于SiO2先进工程陶瓷加工的新型电沉积金刚石套料钻,其结合剂为镍铁合金。介绍了该钻头的沉积工艺参数和基本特性。通过对钻头寿命、加工效率和质量的实验研究,对钻头的切削性能进行了评价。结果表明,所研制的套料钻比镍钴结合剂钻头具有更高的切削效率和耐磨性能。该钻头同样适用于其它硬脆性材料的加工。     

川西硬脆性页岩力学特征及井壁稳定性研究

在硬脆性页岩地层钻井过程中井壁失稳现象频发,严重阻碍了现场钻井作业的进程。针对小塘子组页岩钻进过程中发生的井下垮塌现象,通过开展系统室内实验测试,并结合实验数据建立的理论模型,评价分析小塘子组页岩地层的井壁稳定情况。结果显示,小塘子组页岩属于典型的硬脆性页岩,层理缝发育,在外力或高应力环境下可以产生张性裂缝;钻井液浸泡效应可降低小塘子组页岩地层力学强度,层理走向及力学弱面效应对小塘子组页岩力学性能影响明显;裂缝走向、井眼轨迹及井壁渗流场影响小塘子组页岩地层井壁稳定性,当裂缝面与井眼轴线之间夹角满足一定关系,井壁岩石容易沿裂缝面发生滑移垮塌。     

High Efficiency ELID Grinding of Garnet Ferrite

Hard and brittle materials such as ferrite, optical glass and ceramics have been widely used in many fields because of their good characteristics and still gain more attentions. However, it is difficult to machine and get good surface quality. Some parts made of these materials have large machining allowances and need to be produced with large batch, but the machining efficiency is very low with usual grinding method. So it is of great importance to research the high efficiency grinding technology of hard ...     

基于ANSYS的石英玻璃超声振动辅助微磨削温度场研究

本文对脆硬材料的超声振动辅助微磨削温度场有限元仿真进行研究。首先建立了超声振动辅助微磨削的能量分配比模型,基于能量分配比模型得到进入工件的热流量;其次,为验证理论解析模型,基于ANSYS建立了超声振动辅助微磨削的有限元模型,采用APDL语言对超声振动辅助微磨削温度场进行三维有限元仿真,仿真结果直观地揭示了三维温度场的形态特征和趋势规律。最后研究分析了不同磨削参数下石英玻璃磨削温度场的变化规律和边界尺寸效应。