硅晶片的液流悬浮超光滑加工机理与实验

建立了基于机器人的液流悬浮超光滑加工系统。配置出了适用的悬浮加工液,通过对硅晶片的大量加工实验研究,得到了加工时间、工具转速和粒子浓度对工件表面质量的影响规律。实验结果表明:当加工时间在60 min、工具转速为6 000 r/min上下、粒子浓度为30 g/L左右时,加工效果最佳。加工后的硅晶片表面粗糙度Ra能达到1.55 nm。深入分析了液流悬浮超光滑加工的去除机理,硅晶片的液流悬浮超光滑加工是机械冲击作用和化学作用的综合结果,加工液中的磨料颗粒有对工件表面的机械冲击作用和对化学反应的催化作用。理论分析和实验结果表明,通过采用液流悬浮加工新技术,可以实现对半导体材料硅晶片的纳米水平的超光滑加工,获得表面无塑性变形和晶格缺陷的纳米精度表面。     

导流式液流悬浮加工流场特性研究

为提高液流悬浮加工的效率,提出一种应用导流模块来改变悬浮液流场特性的液流悬浮加工方法。基于流体动压理论和可实现的k-ε湍流理论,建立导流式液流悬浮加工的动力学模型。研究发现,该加工方法的压力、速度参数在数值上与传统液流悬浮加工方法相比分别提高了5.04%和1%,且流体动压力和流体速度的大小与转速成正比,其流体动压力及速度最大值均出现在加工区最小间隙处。实验结果表明:当转速达到6500r/min时,工件加工区表面在加工90min后粗糙度值降至0.018μm,可得到比较理想的加工效果。     

模具液流悬浮抛光动态参数研究

为解决模具复杂型腔及异形孔自动化抛光问题,首先建立了模具液流悬浮抛光系统,开发了液流动压力监测平台,实现了抛光工具位置及转速控制;之后结合液流动压理论,分析了模具材料去除模型,获得了流场与压力分布规律;接着通过试验研究了转速和间隙对液流动压力的影响规律;最后优选了6 000 r/min转速和60μm间隙对模具工件进行了...     

液流悬浮加工的工艺参数研究

提出了一种液流悬浮研抛加工的新工艺方法,开发了基于三坐标数控铣床的液流悬浮研抛试验系统.通过分析研抛过程的影响因素,确定了以研抛液介质、磨料(SiC)浓度、研抛头转速和研抛时间作为试验考察对象,并对光学玻璃K9进行研抛加工正交试验.试验结果证明了利用液流悬浮纳米磨料的方法可以实现光学晶体材料的亚微米去除和超光滑表面加工,并给出了各影响因素的优选结果.     

集群磁流变变间隙动压平坦化加工试验研究

为了提高光电晶片集群磁流变平坦化加工效果,提出集群磁流变变间隙动压平坦化加工方法,探究各工艺参数对加工效果的影响规律。以蓝宝石晶片为研究对象开展了集群磁流变变间隙动压平坦化加工和集群磁流变抛光对比试验,通过检测加工表面粗糙度、材料去除率,观测加工表面形貌、集群磁流变抛光垫中磁链串受动态挤压前后形态变化,研究挤压幅值、工件盘转速、挤压频率以及最小加工间隙等工艺参数对加工效果的影响规律。试验结果表明：集群磁流变平坦化加工在施加工件轴向微幅低频振动后,集群磁流变抛光垫中形成的磁链串更粗壮,不但使其沿工件的径向流动实现磨粒动态更新、促使加工界面内有效磨粒数增多,而且在工件与抛光盘之间的加工间隙产生动态抛光压力、使磨粒与加工表面划擦过程柔和微量化,形成了提高材料去除效率、降低加工表面粗糙度的机制。对于2英寸蓝宝石晶电（1英寸=2.54 cm）集群磁流变变间隙动压平坦化加工与集群磁流变抛光加工效果相比,材料去除率提高19.5%,表面粗糙度降低了42.96%,在挤压振动频率1 Hz、最小加工间隙1 mm、挤压幅值0.5 mm、工件盘转速500 r/min的工艺参数下进行抛光可获得表面粗糙度为Ra0.45 nm的超光滑表面,材料去除率达到3.28 nm/min。证明了集群磁流变变间隙动压平坦化加工方法可行有效。     

数控非接触式超光滑光学元件加工机床的设计

基于数控技术,提出了一种非接触式光学元件表面超光滑液体抛光方法.通过磨头中心孔为抛光表面提供抛光液,抛光液在磨头自转的带动下与光学元件表面相互作用,实现光学元件表面材料的微量去除,利用计算机控制抛光磨头的运动轨迹完成对光学元件表面的抛光.根据上述原理,设计和研制了数控非接触表面超光滑光学元件加工机床样机,样机直线运动轴最低进给速度为0.000 1 m/s,定位精度为0.008 mm;摆动轴最低转速为0.002 8 r/min,定位精度为15″.抛光实验结果表明,经过20 min的超光滑加工,熔石英材质光学元件上两点的表面粗糙度Ra值分别由加工前的1.03 nm和0.92 nm提高到加工后的0.48 nm和0.44 nm,显著提高了加工精度.     

铝合金阳极氧化膜的集群磁流变平面抛光试验研究

为获得抛光均匀的铝合金阳极氧化膜表面,采用集群磁流变平面抛光技术对铝合金阳极氧化膜进行抛光试验,探讨加工间隙、工件转速、抛光盘转速、偏摆幅度、加工时间等加工参数对其表面粗糙度和材料去除率的影响规律。结果表明:随着加工间隙的增大,工件表面粗糙度先减小后增大,材料去除率则递减;随着工件转速或偏摆幅度的增加,工件的表面粗糙度均先迅速减小后缓慢增大,材料去除率则先增加后减小;随着抛光盘转速的增加,工件的表面粗糙度和材料去除率均先减小后增加;随着加工时间的延长,表面粗糙度迅速减小之后趋于稳定。在文中试验条件下,在加工间隙1. 1 mm、工件转速350 r/min、抛光盘转速60 r/min、偏摆幅度10 mm、加工10 min左右时工件表面粗糙度从原始的332. 9 nm下降至5. 2 nm,达到了镜面效果。     

短电弧铣削加工极间工作介质流场研究

在短电弧放电铣削加工时,利用Fluent有限元流体仿真软件对工作介质内冲方式下极间流场进行仿真模拟,分析了工作介质压力、电极转速分别对短电弧铣削加工极间压力场、速度场分布规律的影响,并通过实验得到验证。结果表明:极间流场内的压力梯度、速度梯度随工作介质压力的增大而增大,加速了蚀除产物从加工间隙的排出,有效地提高了加工表面质量;电极转速的相对变化对极间流场内的压力场和速度场影响较小,对工件表面质量没有明显的改善。     

新型高精度复合加工机床

日本OKUMA公司日前开发成功了新手都能放心地进行高附加值加工的复合加工机床“MUULTUS B300”。其特点包括：即使温度变化也能保证高精度加工，即使手工操作也能预防碰撞工件，可通过最新开发的GUI(图形用户界面)大幅减省NC(数控)操作的按钮输入次数等。主轴和副轴的最高转速均为5000rpm。X、Y、Z方向快速进给速度分别为40m／min、26m／min、40m／min。刀架的主轴最高转速为6000rpm，配备可标准安装20件工具的ATC。     

基于Reynolds 方程的磨削流体动压特性的研究

由于旋转砂轮与工件表面之间存在楔形间隙,当磨削液进入楔形区域后,就会产生磨削流体动压力。以流体动压润滑理论的Reynolds方程为依据,推导出描述平面磨削时磨削流体动压力方程。采用VB和MATLAB混合编程开发出磨削时磨削流体动压力场的计算软件GRWHP。该仿真软件可用于计算磨削流体动压力的分布及磨削流体动压力对砂轮的法向作用力,且仿真结果与实验结果相符。仿真结果表明:最大磨削流体动压力产生于最小间隙附近,且位于磨削引入区内;最大磨削流体动压力随着砂轮转速的提高而增大,随着最小间隙的减小而增大。     

基于流体自激的磨料水射流加工仿真与实验

针对先进陶瓷材料的高效、精密加工,提出了一种基于流体自激的新型磨料水射流加工方法——自激振荡磨料水射流加工(SEO-AWJM).采用ANSYS Fluent大涡模拟模型进行了流体仿真,仿真结果表明:当入口流速为135 m/s,腔长为4 mm时,下游喷嘴出口脉冲率最大达到28.47％.射流束的脉冲特性使得工件表面停滞层周...     

磨削加工时磨削液的流体动压效应

根据流体动压润滑理论,分析了平面砂轮磨削液的流体动压效应,并考虑砂轮渗透度的影响,推得了有限宽线接触条件下磨削液三维流动的Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程,用数值分析方法,得出了砂轮磨削区内磨削液动压力的分布曲线和液膜举起力。然后进一步分析讨论了砂轮渗透度、砂轮与工件间的相对速度及相对间隙对液膜举起力的影响。数值计算结果与实测数据基本吻合。     

径向柱塞泵轴配流副液动力矩特性研究

为了研发高性能的海水径向柱塞泵, 建立了轴配流副的三维模型, 对配流副的水力学特性进行研究, 分析了液动力矩的产生机理, 进一步建立配流轴液动力矩的物理模型, 运用MATLAB软件模拟仿真液动力矩的变化规律。搭建试验台架, 并采用开通流孔的方式, 减小液压侧向力对试验结果的影响, 在海水介质条件下, 测试了配流轴的液动力矩随转速和配流窗口压差的变化, 验证了配流副的液动力矩模型的准确性。结果表明, 配流副转速较低时, 所受液动力矩的波动较大, 转速较高时, 所受液动力矩较为平稳;全平衡结构配流轴所受液动力矩不随转角变化, 只与配流轴转速和配流窗口的压差有关。     

Investigation on the effect of cutting fluid pressure on surface quality measurement in high speed thread milling of brass alloy (C3600) and aluminium alloy (5083)

The quality of a machined finish plays a major role in the performance of milling operations, good surface quality can significantly improve fatigue strength, corrosion resistance, or creep behaviour as well as surface friction. In this study, the effect of cutting parameters and cutting fluid pressure on the quality measurement of the surface of the crest for threads milled during high speed milling operations has been scrutinised. Cutting fluid pressure, feed rate and spindle speed were the input parameters whilst minimising surface roughness on the crest of the thread was the target. The experimental study was designed using the Taguchi L32 array. Analysing and modelling the effective parameters were carried out using both a multi-layer perceptron (MLP) and radial basis function (RBF) artificial neural networks (ANNs). These were shown to be highly adept for such tasks. In this paper, the analysis of surface roughness at the crest of the thread in high speed thread milling using a high accuracy optical profile-meter is an original contribution to the literature. The experimental results demonstrated that the surface quality in the crest of the thread was improved by increasing cutting speed, feed rate ranging 0.41–0.45 m/min and cutting fluid pressure ranging 2–3.5 bars. These outcomes characterised the ANN as a promising application for surface profile modelling in precision machining.     

切削参数对不锈钢加工表面粗糙度的影响

通过切削试验研究了进给量、切削速度、刀具圆弧半径以及切屑形态等四个因素对不锈钢加工表面粗糙度的影响规律,确定了降低表面粗糙度的切削参数优化组合。     

高速硬切削加工表面白层形成机理研究

白层是高速硬切削的特有现象,对加工表面完整性和零件的服役性能有着重要影响。针对高速硬切削加工表面白层问题,进行了对GCrl5淬硬轴承钢高速硬切削试验和表面白层测试,研究了不同切削条件下的白层形成机理,分析了切削速度和刀具磨损状态对白层特征的影响规律。分析结果表明,白层厚度随切削速度和后刀面磨损的增大而增大,而其分布的均匀性和连续性也将变差;切削速度和后刀面磨损的增加引起切削温度升高,导致加工表面快速淬火效应,使得白层厚度增大,其中切削速度的影响较为显著;在切削速度较低(100 m/min左右)时白层的形成机理主要为塑性变形,切削速度超过300 m/min则主要是马氏体相变所致,而在中间切削速度(200 m/min左右)时为2种机理的混合作用结果。     

基于加工误差敏感度与模糊层次分析法的行星滚柱丝杠公差匹配优化方法

行星滚柱丝杠（PRSM）公差主动设计对提高其传动性能与加工可行性有着至关重要的作用。建立了综合考虑丝杠、滚柱、螺母的螺纹同轴度误差、螺距误差与中径误差的PRSM行程误差及轴向间隙模型,计算得到各误差因素敏感性指数;基于三角模糊数的专家评判层次分析法,计算各误差因素加工权重,初步分配PRSM行程精度各误差项公差;基于序列二次规划算法对轴向间隙各误差项公差进行优化;以标准型PRSM为例,验证了该方法的有效性。结果表明：针对行程精度与轴向间隙各误差项进行公差优化的方法,不仅极好地平衡了行程精度与轴向间隙,且增加了关键公差带宽度,提高了零件加工可行性,算例表明,优化后完整周期内轴向间隙最小值由-25 μm变为0,避免螺纹干涉发生;优化后V300行程变动量基本不变,公差带宽度平均增加65%,保证PRSM 5级精度指标的同时提高了关键零件加工可行性,降低了加工成本,可为PRSM公差主动设计理论提供参考。