脆硬材料加工机理的研究

为了了解脆硬材料的加工情况，本文采用扫描电镜和高速摄影机对典型的脆硬材料，玻璃的磨削过程，静态，动态地进行了细致的观察和分析，提出了脆理材料的磨削模型，该模型全面地反映出整个加工过程中所发生的现象，对脆硬材料的加工有指导意义。     

超硬磨料在硬脆材料切割中的应用

本文概述了硬脆材料切割中使用超硬磨料种典型切割方法。常用的硬脆材料的切割方法有：金刚石锯片切割,金刚石框架锯切割,金刚石带锯切割,金刚石串珠锯切割等。这此切割方法各有其特点,用途各异,也各有其局限性,除了金刚石串珠锯外,一般都难以切割曲线,并且切缝较宽,出材率率,不适用于贵重材料的切割。本文还比较详细地介绍了较先进的线锯切割的几种方式,指出环形电镀金刚石线锯工切缝等,特别适合切割贵重的硬脆非金属材料,并且切割速度高,能充分体现金刚石磨料的卓越性能,是应用前景非常广泛的切割方法。文中最后探讨了超硬磨料切割技术的发展方向。     

砂带磨削硬脆材料实验研究

砂带磨削在硬脆材料加工中具有优良的性能。本文比较了砂带磨削常用的两种方式，并研究了恒压力压磨板砂带磨削中各影响因素，如法向压力、磨料种类及粒度等对花岗岩、辉绿岩、大理岩和瓷质砖这四种常用硬脆材料磨削效果的影响。试验结果表明：采用恒压力磨削方式、较大法向压力或速度、选择较粗粒度砂带可明显提高材料切除率；对于硬度较低的大理岩，采用砂带磨削可获得高切除率。     

硬脆材料的环形电镀金刚石线锯加工试验研究

本文利用环形电镀金刚石线锯对硬脆材料单晶硅、LT55陶瓷进行了切割试验,研究了锯切力、材料加工表面质量及锯丝的磨损.研究发现,在相同加工参数下,切割LT55陶瓷时的法向力与切向力之比小于单晶硅,与磨削相比,线锯加工的法向力与切向力之比非常小;在本实验条件下,单晶硅和LT55陶瓷均为脆性去除方式;因为LT55陶瓷断裂韧性高,在同样加工条件下,陶瓷加工表面质量优于单晶硅;恒进给压力条件下,锯丝速度增加,粗糙度值略微减小,恒进给压力增加,粗糙度值明显增大;锯丝首先在焊口处断裂,由于锯丝不能自转,沿锯丝圆周方向磨损不均匀.     

高精磨削硬脆材料的新方法

工程陶瓷铁氧体一类硬脆材料,在半导体、磁头和光学零件等现代工业中使用越来越多。它们对缺陷的敏感性,使它们的工作表面必须十分精整。因此,用超硬砂轮高精磨此类零件是必要的,但普通砂轮的修整方法不宜使用,使用加工中修整法,可明显提高砂轮性能,减小被磨工件表面粗糙度和损伤,并减小磨削力,是高精磨削硬脆材料的好方法。     

PCD刀具切削加工硬脆材料时负切削力现象的研究

本文以辉长岩为全和聚晶金刚石（ＰＣＤ）刀具进行了硬脆材料切削加工试验,在时域和频域内对切削力信号进行了数字信号分析处理,提出,硬脆材料切削为可分为成切削力趋势量切削力随机量两部分。硬脆材料的组成结构特点和切削中刀具的振动是硬脆材料切削力出现负值现象的主要原因。     

硬脆材料的磨粒加工仿真技术

单晶硅等硬脆材料具有高硬度、低断裂韧性等特性,属于难加工材料,其加工表面易产生微裂纹、亚表面损伤层等缺陷。影响硬脆材料磨粒加工过程的因素复杂,一般用仿真技术来研究磨粒加工硬脆材料的去除机理等。本文概述了硬脆材料磨粒加工相关研究中广泛应用的网格法、无网格法以及网格与无网格结合方法,对比分析各仿真方法的特点及存在的局限性并提出未来的研究方向。      

非导电硬脆材料线切割锯床的研制

线锯切割加工具有切片薄、锯口损失小及高效率等优点，被广泛用于非导电硬脆材料的切割加工，如单晶硅的切片加工。实际上，线锯切割是一个柔性系统。切削过程中切片应力小，表面损伤层浅，减小了应力集中现象，减小了后续工序的碎片可能性。文中设计了一种回转式线切割锯床，该锯床使用环形锯丝作为切割工具，环形锯丝单方向连续运动，消除切割速度变化对加工表面粗糙度及表面损伤层的影响。锯丝有多级速度，适应不同的切割加工条件。使用专用夹具定位装夹工件。工作台驱动进给方式有两种：一种是恒力驱动，另一种是伺服电机驱动，两者可分别使用。实验证明：该锯床精度高、刚性强、操作方便、安全可靠，适合于硬脆材料的切片加工。     

喷雾电化学放电加工难导电硬脆材料试验研究

针对传统电解电火花加工难导电硬脆材料存在的问题,提出了一种使用开槽金属轮作为一极,另一极为紧贴工件表面的进电金属片的喷雾电化学放电加工方法,对单晶硅和氧化铝陶瓷进行了试验研究,并加工出了窄槽实物。通过分析加工表面微观形貌可知,单晶硅等半导体材料主要依靠电化学腐蚀、电化学放电和化学溶解进行综合蚀除,氧化铝陶瓷等绝缘材料经电化学放电通常只能产生软化层,再由机械方法实现延性方式去除。最后研究了峰值电压、脉冲宽度、脉冲间隔、电解液浓度、开槽金属轮转速等因素对单晶硅和氧化铝陶瓷材料去除率和表面粗糙度值的影响规律。     

单晶材料皮秒激光旋切制孔热过程影响研究

根据超短脉冲激光同材料作用的原理,材料通过光化学机制被去除,加工区域的瞬时温度将超过材料的气化温度值。通过热成像仪对皮秒激光旋切制孔过程中的加工区域进行实时观测,研究了皮秒激光打孔过程中的热过程,比较了同轴气体的存在对加工区域温度场的影响,指出在皮秒激光旋切制孔工艺中,并未观测到单晶材料加工区域的温度升高到气化、液化温度以上的情况,加工区域的温度仍保持在较低水平。因此从宏观上看,皮秒激光制孔工艺属于"冷加工"范畴。提出的通过热成像仪对制孔过程在线控制的方法,可为单晶材料超快激光打孔工艺参数的优化及过程控制提供参考。     

光纤引导皮秒激光Al2O3陶瓷精细刻线研究

作为一项基础研究．提出了一种在陶瓷表面加工凹槽的新方法,利用光纤引导激光在陶瓷表面实现加工,并基于有限元分析法,对光通过光纤的电场强度进行了模拟,从实验和模拟两方面证明了光纤对激光具有光强增强效果,及其对光束的引导作用,能达到材料表面微结构的加工效果。与未用光纤引导激光加工的陶瓷表面做对比,光纤对光强的增强效应使得在具有高熔点、高硬脆物理特性的陶瓷表面产生刻蚀成为可能,小于聚焦光束直径（50μm）的增强区域尺寸保证了加工精度的提高。     

皮秒光纤激光器诱导不锈钢表面着色工艺

利用皮秒激光在304不锈钢上进行着色试验研究,分析了皮秒激光对不锈钢表面着色的周期性表面条纹结构机理,分别研究了扫描线间距、激光功率、扫描速度和离焦量等激光工艺参数对着色效果的影响。结果表明:改变扫描速度、线间距和功率均能对着色效果产生很大影响,最佳速度为90~300 mm/s,最佳线间距为0.003~0.01 mm,功率为30%~70%,并且三者对着色有近似的影响效果;而改变离焦量对着色效果的影响没有线间距、功率和速度三者显著。在此基础上,获得了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫对应较为合理的皮秒光纤激光加工参数。腐蚀性试验表明,未着色试样的腐蚀率是着色试样的3倍。     

TC11钛合金表面微凹坑织构皮秒激光加工工艺

目的研究皮秒激光加工工艺参数对微凹坑形貌的影响规律。方法采用FSLAB-50-05激光器搭建的激光器平台对TC11钛合金工艺试样进行表面微加工,通过WYKO—NT1100型表面三维形貌测试仪获得表面微凹坑织构形貌,分别记录微加工后的二维与三维形貌图,应用单因素法分析激光重复频率、激光持续时间和激光功率对微凹坑形貌的影响规律。结果在激光功率为10 W、激光持续时间为0.12 ms的前提下,当激光重复频率由50 k Hz增加到250 k Hz时,微凹坑的直径和深度均呈现出先增大后减小的趋势;在激光功率为10 W、激光重复频率为300 k Hz的前提下,当激光持续时间由0.02 ms增加到0.10 ms时,微凹坑直径和深度均随着激光持续时间的增加而变大;在激光重复频率为300 k Hz、激光持续时间为0.12 ms的前提下,当激光功率由4 W提升至12 W时,微凹坑的深度随着激光功率的增大而增大,而宽度先增大后减小。结论皮秒激光微凹坑织构较佳的工艺参数范围为:激光重复频率150~200 k Hz,激光持续时间0.04~0.06 ms,激光功率8~10 W。     

激光热处理吸收涂层的研究

理想的激光热处理吸收涂层必须在高温下具有高而稳定的光谱吸收率。本文对涂层的光谱吸收率和激光相变硬化区面积之间的关系作了定性及定量的分析,并以此为依据研制了激光热处理志用吸收涂料。     

Ni60/WC涂层表面圆凹坑皮秒激光加工关键参数研究

目的 优化激光路径填充方式以减少皮秒加工圆凹坑底部的堆积现象,并探究基于该激光路径填充方式的皮秒激光关键参数对Ni60/WC涂层表面圆形凹坑形貌参数的影响规律。方法 采用搭建的紫外皮秒激光微加工平台在Ni60/WC涂层表面加工预先规划的直径为230μm的圆凹坑,通过白光干涉仪测试加工所得圆凹坑的整体三维形貌对圆凹坑底部形貌进行表征。采用同心圆网格复合激光路径填充方式对圆凹坑底部堆积现象进行优化,并通过单因素法分析该路径下皮秒激光关键参数,即加工功率、扫描次数、扫描速度对圆形凹坑深度、直径和圆度系数的影响规律。结果 通过优化的同心圆网格复合激光路径填充方式加工所得圆凹坑材料去除体积为7.59×10⁶μm³,轮廓算术平均高度为21.37μm,对比原始的网格激光路径填充方式,加工的圆凹坑底部无明显堆积;基于此激光路径填充方式,在测试工艺参数范围内,圆凹坑深度、直径和圆度系数随激光功率的增大呈二次函数增大;随着扫描速度的增大,圆凹坑深度、直径呈线性减小,圆度系数呈线性增大;圆凹坑深度、直径和圆度系数随扫描次数的增加均呈线性增大。结论 同心圆网...     

气缸套激光热处理实验研究

采用YAG固体激光对发动机气缸套进行热处理,研究了离焦量、激光功率、扫描速度及表面处理对激光淬火硬度、淬硬深度及宽度的影响。试图找出激光热处理的最佳参数,供实际工作中参考。     

带热障涂层镍基单晶高温合金的激光制孔研究

采用毫秒激光和皮秒激光在带热障涂层的镍基单晶合金上加工了气膜孔,对比研究了长脉冲与超短脉冲加工对热障涂层及金属基体孔壁形貌的影响。实验发现,波长1064 nm的毫秒激光在试样表面产生的能量密度直接影响到陶瓷层的加工。以2866 J/cm2的能量密度从陶瓷面加工,陶瓷面的熔化所需要的热积累时间长,热量会传导至高温金属,产生类似熔池的热影响;而从金属面加工则由于陶瓷是最后加工的材料,有足够的热积累时间熔化陶瓷涂层,从而直接打通小孔。当毫秒激光的能量密度提高至6369 J/cm2时,热量在涂层中的积累速度加快,陶瓷材料能够快速熔化,从而避免了金属基体先于陶瓷熔化的现象,同时,加工过程中熔化后的陶瓷会经过孔通道,从而出现附着在孔壁上的现象。采用皮秒激光加工陶瓷涂层仅需要能量密度达到32 J/cm2,皮秒激光旋切制孔是将小孔圆周上的材料全部剥蚀掉,直至孔打通,而孔内的材料会从孔中掉出。皮秒激光加工中产生的等离子体冲击力会引起涂层的开裂,由于热障涂层制备方法不同引起涂层中的裂纹方向有所不同,等离子喷涂制备的涂层为层状结构,裂纹易沿平行于表面方向生长,而EB-PVD制备的涂层为柱状晶结构,裂纹多出现在柱状晶的间隙。     

碟片激光器激光淬火过程数值模拟与试验研究

目的 通过模拟计算得出45钢激光淬火温度场的瞬变规律和微观组织相变规律,得出马氏体的形成与转变程度,测出淬火相变硬化的层深与层宽。方法 基于COMSOL Multiphysics建立碟片激光器对45钢激光淬火过程的热力耦合模型,利用JMatpro计算45钢激光淬火过程中的物性参数变化,对模型物性参数进行修改,并以4000 W碟片激光器对45钢进行激光淬火试验,通过Axioskop 2扫描电子显微镜、Zeiss-?IGMA HD场发射电子显微镜、HXS-1000A显微硬度仪分析45钢淬火组织和相变硬化规律。结果 相同功率下,碟片激光器与传统激光器相比,激光淬火相变硬化层及热影响区明显增大,相变界限清晰,淬火影响区呈高斯分布,完全相变区组织转变效果较好,热影响过渡区沿高斯弧线近似等距分布。激光淬火层由表及里依次为完全淬火相变区、不完全淬火区和芯部基体,完全淬火区形成致密细小的针状马氏体和少量残余奥氏体,淬硬层呈高斯分布,深达1084.589 μm,最大宽度9761.989 μm,硬度达到799HV,不完全淬火区厚度为361.533 μm。结论 试验结果与模拟计算结果吻合,COMSOL可实现对激光淬火过程的有效模拟。     

激光铣削玻璃的试验研究

采用Nd:YAG脉冲激光器对普通玻璃进行铣削加工.系统地研究了工艺参数对铣削量和铣削面质量的影响规律,并利用优化的铣削工艺对玻璃进行多种形状无裂纹铣削加工试验.