聚晶金刚石拉丝模卧式超声加工运动轨迹的计算机仿真

分析了聚晶金刚石拉丝模卧式超声加工机床的运动关系,建立了工具和拉丝模之间的运动轨迹方程;采用计算机仿真技术对工具和拉丝模之间的运动轨迹进行研究,在仿真基础上对加工参数进行优化.结果表明,加工运动轨迹方程是以卡盘电机转速(N),偏心轮电机转速(F)和杠杆旋转中心位置(a)为参数的函数.当N与F之间存在关系N=zF/n(z,n为正整数)时,加工轨迹会出现严重的不均匀现象.当n值一定时,z越小,加工轨迹不均匀现象越明显.计算机仿真技术可以对聚晶金刚石拉丝模卧式超声加工的运动轨迹进行优化,并为机械结构的进一步优化提供有效指导.     

聚晶金刚石螺旋刀电火花刃磨自适应测量路径规划

针对聚晶金刚石螺旋刀电火花刃磨加工,提出一种自适应测量路径规划算法.基于数控解释器对宏指令和宏子程序的支持,综合考虑测量过程中复杂情况,通过使用带有逻辑判断及执行控制功能的数控程序来完成对刀具复杂刃口曲线的实际在线测量.算法操作性强,只需要用户为每个待测刀片提供一个测量参考点,而且对参考点位置也没有任何要求.加工仿真和切削实验结果表明,自适应测量路径规划算法能够使加工后的刀片刃口平整,外圆最大径向圆跳度保持在0.01mm内,满足质量和精度要求;同时算法可以有效减少人工操作时间,提高加工精度稳定性.     

聚晶金刚石刀具低温冷却铣削Cf/SiC磨损机理

采用聚晶金刚石(PCD)刀具对C_f/SiC陶瓷基复合材料进行干式和低温冷却铣削试验,获得了PCD刀具在干式和低温冷却铣削条件下的前刀面和后刀面磨损形貌,测得了不同铣削长度所对应的主切削力和后刀面磨损量,分析了PCD刀具在不同铣削条件下的磨损机理及寿命可靠性。研究表明:在低温冷却条件下,PCD刀具以磨粒磨损为主要磨损机理,失效表面存在明显沟槽磨损和大量长条状划痕;而在干式铣削条件下,PCD刀具以磨粒磨损和局部氧化磨损为主要磨损机理,失效表面呈现均匀的磨损带;低温冷却使PCD刀具有效使用寿命提高约100%。     

智能仿生PDC钻头的破岩数值模拟

为解决普通孕镶金刚石钻头(普通钻头)破岩效率低、钻进不稳定、不耐磨以及不能根据地层选择合适形态破岩等问题,结合仿生原理和非平面结构设计了新型聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact, PDC)齿和钻头底唇面,提出一种在钻头底唇面安装传感器进行岩性识别,可选择合适形态破岩的智能仿生PDC钻头(智能钻头)。利用机器学习,基于现场钻井数据对岩石性质进行分类。分析了智能钻头切削结构针对软中硬地层和硬地层具有两种工作形态,基于建立的切削模型和岩石失效准则,对智能钻头和普通钻头的破岩过程进行数值模拟对比,结果表明：机器学习的加权KNN(K-nearest neighbor)算法可很好避免样本重叠问题,可精确对岩石性质分类,其训练模型可提供给传感器进行岩性识别。破碎砂岩时,智能钻头经传感器调节将具有PDC齿的底唇面和仿生底唇面保持同一高度破岩,对比普通钻头,其破岩比能和切削力明显更小,表明其效率更高、切削更稳定;破碎花岗岩时,智能钻头经传感器调节将具有PDC齿的底唇面下放破岩,其破岩效率明显高于普通钻头,也更稳定。研究成果对石油钻井设备智能化发展有重要意义。     

冲击损伤对PDC侧压强度的影响

利用Instron1342型材料试验机以及SHPB冲击加载装置,通过二次破坏性侧压加载,测试聚晶金刚石复合片(Polycrystalline diamond compacts,PDC)试样损伤前后的侧压强度。研究结果表明:提高加载速率可以提高PDC的侧压强度,而增加PCD厚度则使PDC抗侧压能力降低;另一方面,加载速率越高,PCD层越厚,由冲击载荷引起的PDC内部损伤就越严重,前、后2次加载测得的PDC抗侧压强度差异就越大。     

聚晶金刚石复合片非脆性去除磨削机理研究

聚晶金刚石(polycrystalline diamond,PCD)的磨削是PCD刀具制造中的关键环节,磨削参数的变化影响PCD的去除方式,进而决定刀具的切削性能.通过扫描电镜观察分析腐蚀后的PCD磨削表面微观形貌,研究了金刚石砂轮磨削PCD中的刻划作用、滑擦作用和热化学反应等非脆性去除机理,及其与磨削参数的关系.结果表明:刻划作用仅在砂轮磨粒较锋利时产生作用,多存在于湿磨初期;砂轮磨钝后,滑擦作用和热化学反应是PCD的主要去除方式,且滑擦作用与热化学反应同时发生.通过设计一组特殊磨削试验,间接证明了磨削后的PCD表面存在由热化学反应产生的软化层.     

脉冲激光沉积类金刚石薄膜的厚度均匀性建模

在脉冲激光沉积类金刚石薄膜过程中,针对薄膜均匀性差的问题,提出偏轴沉积、脉冲激光扫描沉积、双光束沉积和多光束沉积等模式来改善薄膜的均匀性。初步建立了脉冲激光沉积类金刚石薄膜厚度均匀性模型,并分别进行了薄膜厚度分布的模拟,在模拟过程中,强调了在不影响薄膜性能的基础上改善薄膜均匀性,并讨论了沉积模式对薄膜颗粒物问题的影响。结果表明,采用多光束沉积薄膜,厚度均匀性得到极大改善,而且颗粒物问题也得到了改善。最后提出模型改良意见。     

基于RT-Linux的聚晶金刚石刀具五轴电火花刃磨数控系统

针对聚晶金刚石刀具特殊加工需求,设计和实现了基于RT-Linux的五轴电火花刃磨专用数控系统.系统硬件以PC为上位机,以自主研发的总线式电火花控制硬件为下位机,软件则将实时任务与非实时任务分开,并放入RT-Linux不同内核中,以保证系统的实时性.为解决聚晶金刚石刀具加工轨迹不能预先给出的问题,开发了自适应的刀具形状在线检测模块,实现了基于三次非均匀有理B样条的加工程序自动生成的功能,设计了根据当前放电参数预测腐蚀量确定下一周期插补速度的运动控制模块.对两种典型聚晶金刚石刀具进行加工实验,结果表明系统运行稳定,在50倍放大镜下刀具刃口平滑,外圆径向跳动均在0.01mm以内,满足实际生产对质量和精度的要求.