粗加工切削参数对钛合金多工步加工过程的影响

在传统单工步切削加工的基础上,研究多工步粗加工切削参数变化对精加工的影响。通过正交试验设计高速车削加工,固定精加工切削参数,分析粗加工切削参数变化对精加工切削力、表面粗糙度、表面残余应力以及表面变质层的影响。结果表明,粗加工切削速度对精加工切削力和表面粗糙度影响最大,进给量对残余应力影响最大,进给量和切削深度对变质层的影响都很大。这是由于多工步加工时,粗加工加工硬化和软化使表层力学性能发生变化,继而对精加工产生影响。通过研究粗加工切削参数变化对钛合金多工步切削加工的影响,进一步优化多工步切削加工参数,提高表面质量。     

单晶硅反射镜的超精密磨削工艺

为了实现单晶硅反射镜高效低损伤的超精密加工,研究了基于工件旋转法磨削原理的单晶硅反射镜超精密磨削工艺。通过形貌检测和成份测试的方法分析了该工艺采用的超细粒度金刚石砂轮的组织结构特征,并对单晶硅进行了超精密磨削试验,研究了超细粒度金刚石砂轮的磨削性能。通过砂轮主轴角度与工件面形之间的数学关系实现对磨削工件面形的控制。最后,采用超细粒度金刚石砂轮对Φ100mm×5mm的单晶硅反射镜进行了超精密磨削试验验证。试验结果表明,超细粒度金刚石砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra值小于10nm,亚表面损伤深度小于100nm,磨削后的单晶硅反射镜面形PV值从初始的8.1μm减小到1.5μm。由此说明采用该工艺磨削单晶硅反射镜能够高效地获得低损伤表面和高精度面形。     

单晶硅表面微结构的超精密车削成型技术

采用超精密切削加工方法进行单晶硅表面微结构制备,实验获得了一组优化的工艺参数,并在此基础上开展了不同类型微结构的超精密切削成形实验,分别获得了金字塔阵列、V形槽阵列和正弦波阵列等不同结构,证明了在单晶硅表面制备出微结构能够使得表面反射率大大降低。     

氮化硅陶瓷轴承套圈沟道超精加工工艺参数优化研究

为获得较小的沟道表面粗糙度值,通过正交实验,研究超精加工过程的工艺参数对超精加工后的氮化硅陶瓷轴承套圈沟道表面粗糙度Ra的影响。以Ra为评价指标,根据正交实验得到超精加工过程中各工艺参数对Ra的影响程度并从大到小排列,依次为超精加工时间、油石压力、工件切线速度、长行程摆荡频率以及短行程振荡频率;建议最优超精加工工艺参数组合为超精加工时间10 s、工件切线速度625 m/min、油石压力0.6 MPa、长行程摆荡频率700次/分钟和短行程振荡频率2 450次/分钟。在最优超精加工工艺参数组合下超精加工后的轴承套圈沟道表面粗糙度为Ra0.035 5μm,改善率为90.80%。     

非球面曲面超精密加工机床研制成功

2003年5月的一天,一块亮如镜面的铝材凸球面车削样件被小心翼翼地从非球面曲面超精加工机床卸下,送入国家级光学计量检验中心检验。检验结果为:车削加工样件的面形精度PV=0.228μm,表面粗糙度Ra=0.0078μm,这意味着表面粗糙度仅有不到8nm。这是三○三所研制的非球面曲面超精密加工机床在用户西安应用光学研究所进行交付验收时的一个场景。非球面曲面超精密加工机床的成功研制,表明三○三所超精密加工技术国防科技重点实验室比较全面地攻克了非球面曲面光学零件的超精密加工与测量的关键技术,打破了国外的技术封锁,使我国的非球面曲面光学…     

基于遗传神经网络的表面粗糙度预测模型

建立超精密切削表面粗糙度预测模型是分析各切削参数对表面粗糙度影响和提高切削效率的关键,针对最小二乘法和传统反向传播神经网络等参数辨识方法的不足,提出将遗传算法优化的反向传播神经网络应用于超精密切削表面粗糙度预测模型的参数辨识中,得出采用金刚石刀具超精密切削铝合金的表面粗糙度预测模型,并与传统的参数辨识方法比较。实验结果表明该方法能更有效的辨识表面粗糙度预测模型,可为超精密车削加工表面质量的控制提供帮助。     

热压硫化锌的超精密磨削加工

针对用传统车削或研磨抛光方法加工大尺寸非球面热压硫化锌透镜存在的不足,采用金刚石砂轮磨削加工方法对热压硫化锌材料进行了加工实验。通过压痕、单颗粒金刚石刻划和磨削正交实验,研究了该方法在磨削加工过程中的塑性域去除机理及其亚表面损伤情况,并优化了超精密磨削加工工艺参数。压痕实验发现热压硫化锌材料在载荷作用下易于出现径向裂纹和微裂纹,其断裂韧性为2.643842MPa/m1/2,临界切削深度为1.808μm。单颗粒金刚石刻划实验结果表明,热压硫化锌材料在较小的切削深度下可以实现塑性域去除,但在机械去除过程中易出现多种形式的亚表层损伤。磨削实验结果表明,磨削深度是影响表面光洁度的主要因素,随着磨削深度的增大表面光洁度降低,最佳表面粗糙度为7.6nm。工作台进给速度是影响面形精度的主要因素,且平面磨削的面形精度PV值为0.185~0.395μm。研究结果表明,磨削加工热压硫化锌材料可以获得纳米级表面粗糙度。     

AM60镁合金超精密车削残余应力的有限元分析

为改善AM60镁合金精密零件加工工艺方法,对镁合金精密零件的超精密加工进行微米级仿真研究。采用解析和有限元仿真法,利用Advant Edge软件进行车削加工模拟,得到刀具参数和切削参数对已加工表面残余应力的影响规律,并建立加工材料残余应力经验模型。结果表明:切削力对残余应力的产生起主导作用,随着切削参数的改变,切削温度变化不明显,对残余应力的影响较小。仿真结果满足制造精度要求,为提高镁合金精密工件的质量和性能打下了理论基础。     

AlTiN涂层刀具精铣TC4钛合金工艺参数的影响与优化

采用AlTiN涂层4刃?10 mm硬质合金立铣刀,在VMC850立式加工中心上对TC4钛合金进行铣削精加工试验。利用高精密数字化检测设备,对加工成形的TC4钛合金试件表面粗糙度、平面度、平行度、表面形貌、残余应力及显微硬度测量。分析AlTiN涂层刀具在设定不同工艺参数条件下TC4钛合金的整体加工质量和表面形貌变化规律。结果表明:在主轴转速n=8000 r/min、每齿进给量f z=0.04 mm/z、切削深度Δd=0.5 mm的最优精铣工艺参数下,TC4钛合金工件的加工质量和表面形貌好,刀具寿命长,其平面度为0.39μm,平行度为0.33μm,表面粗糙度为0.70μm,表面残余应力为-175 MPa,表面显微硬度为269 HV 0.2,实现了TC4钛合金的高质量高效率的精铣加工。     

ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削工艺

为了实现新型红外陶瓷ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削加工,首先根据ALON的材料属性和高陡度薄壁保形非球面的结构特性,进行了其超精密磨削加工工艺性分析,并基于有限元计算方法,完成了面向ALON高陡度薄壁保形非球面的精密夹具的设计以及关键参数的优化。然后完成了ALON的超精密磨削工艺实验,工艺实验结果表明减小工件转速和砂轮粒度都会降低ALON的平均表面粗糙度Ra值,但砂轮粒度对磨削后ALON的表面粗糙度影响更显著。最后实现了ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削加工,磨削后的ALON高陡度薄壁保形非球面的面形精度PV值为2μm,表面粗糙度Ra值可达8.6nm。     

纯铁材料精密切削过程切削力及表面粗糙度研究

采用正交试验法,开展纯铁材料精密切削过程切削用量对切削力和表面粗糙度影响规律的试验研究,建立了切削力和表面粗糙度经验公式。结果表明,试验结果与经验公式预测值间的误差小于20%,经验公式能够用于预测纯铁材料精加工过程中的切削力和表面粗糙度。切削深度对切削力的影响最大,其次是进给量,切削速度对切削力的影响最小;进给量是影响表面粗糙度的最主要因素,其次是切削深度,切削速度对粗糙度的影响最小。上述研究成果将为精密加工弱刚性纯铁工件工艺参数的优化奠定技术基础。     

加工参数对高温合金涡轮盘表面精度的影响研究

为研究车削加工参数对双性能粉末高温合金涡轮盘加工表面精度的影响，选取表面粗糙度和残余应力作为评价指标，利用正交试验设计和回归分析方法建立了表面粗糙度的预估模型，并验证了模型的可靠性。采用X射线应力测量技术对盘件表面残余应力进行了测量，结果表明：盘件在加工时，半精加工的参数选择较为重要；为避免引入较高的残余应力，获得更好的表面精度，应尽可能选择高转速和低进给量。半精加工后再进行去应力热处理，能更好的消除加工残余应力。     

铌基合金切削加工过程中刀具优化研究

通过研究硬质合金和CBN刀具切削加工铌基合金材料过程中的加工性能,优化出适合铌基合金材料零部件超精密切削加工的刀具材料。通过硬质合金刀具在铌基合金材料切削加工过程中切削三要素(切削速度、进给量和切削深度)的正交切削加工试验,研究了其对切削加工表面粗糙度的影响,建立了硬质合金刀具切削加工铌基合金材料表面粗糙度预测模型,并利用AdvantEdge金属切削有限元仿真软件开展了切削工艺参数对切削加工过程的影响。     

光学玻璃的精密加工技术

光学玻璃作为一种典型的脆硬材料,采用普通的加工方法难以进行高效精密加工。本文介绍了光学玻璃的高效精密特种加工技术,对ELID法、激光加工、超声磨削以及精密铣削的最新研究进展进行了综述。采用ELID技术,通过控制加工工艺参数,使砂轮单个磨粒的最大切削深度小于脆性材料的临界切削厚度,实现了脆性材料的塑性加工,并得到精密光滑的表面;在加工非球曲面时,可使零件的精加工抛光量降到最低。最新激光加工技术通过增加预热激光束,极大降低已加工表面的热应力及拉伸应力,使得加工质量有了大幅提高。超声波磨削加工不仅改善了表面完整性,而且提高了加工效率,通过选用适当的刀具和工艺参数,使被加工工件表面粗糙度值比普通磨削降低了30%～40%。光学玻璃精密铣削技术通过优化刀具、加工方式及工艺参数,可提高加工质量和效率、降低加工成本。     

KDP晶体超精密加工技术的研究

通过对KDP晶体等脆性材料的塑性域切削进行理论分析，研究实现脆性材料塑性域切削的条件。激光核聚变KDP晶体的3项主要技术指标是：表面粗糙度、波纹度和透射波前。通过分析影响这3项技术指标的因素。提出了实现KDP晶体精密加工的超精密机床和工艺参数。通过理论分析与实验。研究了晶向、刀具前角、刀具圆弧半径和进给量等参数对表面粗糙度的影响，最终给出KDP晶体精密加工的最佳工艺参数。     

基于盘铣加工钛合金表面残余应力的工艺参数优化

为探索低速盘铣钛合金时铣削参数与加工表面残余应力的关系,设计完成了铣削速度、切削深度、进给速度三因素三水平的正交实验。实验结果表明,在所选用切削参数范围内,已加工表面残余应力均表现为压应力,铣削速度的变化对其影响最显著,进给速度次之,切削深度影响最小。提出将支持向量机回归技术应用于工艺参数优化,建立了盘铣加工钛合金表面残余应力的支持向量机模型,并通过实验以及与指数型回归经验模型的对比,验证了该方法的实用性和合理性。     

金刚石飞切加工微结构表面的工艺参数优化

为了获得具有纳米级表面质量的微结构表面,利用‘Nanosys-300'超精密复合加工系统实现了微结构表面的三维金刚石飞切加工,研究了主轴转速、进给量以及背吃刀量对微结构表面粗糙度的影响.理论分析表明,金刚石飞切加工微结构时理论表面粗糙度沿法线方向并没有变化,而沿进给方向存在着周期变化.减小进给量和金刚石飞刀前端角或增大切削半径可以降低理论粗糙度值.实验分析表明,表面粗糙度值Ra随进给量的增加而增加,主轴转速对Ra影响不大.切削聚碳酸酯(PC)时,在5～40 μm Ra随背吃刀量的增加而增加;而切削铝合金(LY12)时,在2～10 μm Ra随背吃刀量的增加而减小.实验中Ra最好可达38 nm(LY12)和43 nm(PC).最后,利用优化工艺参数加工出了微沟槽阵列和微金字塔矩阵微结构.     

刀片钝化半径对高温合金切削质量影响的研究

通过不同钝化半径的刀具对GH4169高温合金进行车削正交试验,结果表明:随着钝化半径的增加,表面残余应力先降低后增加;工件环向残余应力随着钝化半径的增加,工件内部残余压应力最大值增大,影响深度随之增加。由表面粗糙度和表面残余应力的敏感程度可知,进给量是影响表面完整性的最主要因素,其次是切削速度和切削深度。分析了不同钝化半径和切削参数对表面完整性特征的影响规律,建立了表面粗糙度表面残余应力的经验公式,得到了用于精加工GH4169高温合金较好的钝化半径范围0.02~0.03mm,以及较优的切削参数vc=60~70m/min,fn=0.05~0.075mm/r,ap=0.2~0.5mm。     

微晶材质自由曲面反射镜精密超声铣磨加工技术

自由曲面光学元件与球面和非球面光学元件相比能够提供更高的光学设计自由度,应用于成像光学系统有利于简化系统结构和改善系统质量,在新一代空间光学遥感领域具有广阔的应用前景。为了满足离轴反射式自由曲面空间光学遥感系统的快速、高精度研制需求,本文瞄准微晶材质、复杂连续曲面类自由曲面反射镜超声铣磨加工表面粗糙度和亚表面质量的提升目标,开展了主轴转速、切削深度、进给量等主要工艺参数的优化实验和研究,完成了300mm口径自由曲面反射镜的建模分析和超声铣磨加工,最终铣磨加工表面的面形精度达8.89μm PV,亚表面损伤层深度低于18μm,实现了自由曲面光学反射镜的高精度、低损伤铣磨加工,能够有效降低后续研抛加工的材料去除总量,缩短整个加工周期。     

铝合金手机外壳超精密镜面加工工艺的实验研究

通过工艺实验研究超精密镜面研抛技术在铝合金手机外壳精密超精密镜面加工中的应用,获得表面粗糙度为R a0.026μm的铝合金加工表面。通过优化研抛压力、研抛盘转速、研磨垫质地和硬度、磨料磨粒大小等参数的匹配组合,能够有效提高加工效率、改善加工表面质量,减小表面粗糙度值。