唐军-碳碳化硅材料纵扭复合超声铣削系统及加工稳定性研究3
表面激光织构对碳化硅陶瓷磨削性能影响研究

表面激光织构对碳化硅陶瓷磨削性能影响研究
蒋洁;温东东;张晓红;何田仲森
【期刊名称】《工具技术》
【年(卷),期】2024(58)4
【摘要】目前工程陶瓷材料的加工方式主要依靠金刚石砂轮磨削,传统磨削加工中,碳化硅陶瓷本身的硬脆性导致加工过程易引入表面/亚表面损伤,且存在切削力大、砂轮磨损严重、材料去除率低等问题。
针对上述难题,本文通过表面织构技术辅助碳化硅陶瓷磨削,采用毫秒脉冲激光在碳化硅陶瓷表面烧蚀特定且均匀分布的表面织构,深入研究激光表面织构参数对碳化硅陶瓷磨削性能的影响规律。
结果表明:保持磨削加工参数及状态不变,当织构深度和宽度一定时,织构横向间距(织构面积)对磨削力的影响最大,横向间距越大,粗糙度值越大;与传统磨削加工相比,两种激光织构辅助磨削性能均有所提升,其中网格状织构表现更为优异。
【总页数】7页(P42-48)
【作者】蒋洁;温东东;张晓红;何田仲森
【作者单位】岳阳职业技术学院;湖南科技大学;湖南理工学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG580.6;TH162
【相关文献】
1.碳化硅陶瓷的水润滑特性及其表面微细织构的优化设计
2.激光织构对Ti-6Al-4V 磨削性能影响的研究
3.激光加工表面微织构对陶瓷刀具摩擦磨损性能的影响
4.激
光表面织构化生物陶瓷涂层及其摩擦磨损性能5.织构密度对激光表面织构化304不锈钢表面性能的影响
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CSiC复合材料旋转超声振动辅助铣削实验研究

C/SiC复合材料旋转超声振动辅助铣削实验研究通过碳纤维增强的碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC)是一种耐高温、耐磨损、抗氧化和力学性能出色的航空级复合材料,采用传统的机械加工工艺对其进行加工,因加工性差,精度不高且加工成本高导致无法满足当今航空航天等领域的需求。
利用旋转超声振动辅助加工技术,将旋转超声振动引入到C/SiC复合材料的铣削加工中,可有效地降低铣削力、切削热,减小刀具的损耗,提高加工质量。
本文主要完成了以下工作内容:利用压电陶瓷的逆压电效应,根据夹心式压电换能器的设计理论,设计了一款可用于旋转超声铣削加工的纵振型超声振子;采用PZFlex仿真软件对影响超声振子谐振频率的因素进行了仿真分析,结果表明:超声振子的谐振频率随刀具有效长度和过渡圆柱长度的增加而减小,随预紧螺栓长度和后端盖孔深度的增加而增大;依据仿真结果加工了纵振型超声振子,并对其进行阻抗分析,测得纵振型超声振子在有无刀具及夹头螺母两种状态下的谐振频率分别为17.41 kHz、18.71kHz,与仿真结果中模型的谐振频率18.4762 kHz和19.312 kHz,误差率分别为5.7636%和3.1428%;基于超声振子的谐振频率,对有夹头螺母及刀具状态下的超声振子振幅输出进行测量,结果表明:在100 V、140 V和200 V电压激励下振子输出的振幅与电压成正比,且在200 V电压激励时纵向振幅为2.016 um,可以满足旋转超声振动辅助铣削加工的要求,证实了纵振型超声振子设计的可行性,为纵振型超声振子模型的优化设计提供参考。
设计纵振型超声振子的夹持装置、桥接盘和机床主轴连接装置,实现超声振子与机床主轴的连接;设计电能传输装置对纵振型超声振子进行供电;设计保护外壳、安装插销等装置,建立起旋转超声振动辅助铣削加工系统;依据该系统采用单因素实验法和正交试验法,研究了传统铣削下不同切削参数对C/SiC复合材料铣槽和铣孔过程中切削力及加工后表面质量的影响,并与旋转超声铣削加工结果对比,结果表明:与传统铣削相比,旋转超声铣削加工降低了铣削过程中的切削力,提高了加工表面质量;传统铣削和旋转超声铣削加工中均随主轴转速增大切削力减小表面质量提高,随进给速度和铣削深度的增加则切削力增大表面质量降低。
超声加工技术的应用及发展趋势

1 序言近年来,先进工程材料在航空航天、汽车、半导体、3C和医疗等制造业领域中不断涌现,如钛合金、高温合金、工程陶瓷、陶瓷基复合材料以及蜂窝复合材料等,这些材料具有优异的使用性能,然而机械加工性能很差,属于典型的难加工材料[1]。
在使用传统的机械制造技术对这些材料进行精密加工时遇到了一定的瓶颈,一种新型的制造工艺技术——超声加工技术,即Ultrasonic Machining(UM),受到越来越多的关注并得到大量的应用。
超声加工技术是一种通过超声波振动能量实现难加工材料精密去除的工艺技术,该技术是将超声波振动能量通过一系列结构的传播和变换聚焦在刀具的工作区域,从而形成被切削材料的冲击去除效果,进而可以提高众多难加工材料的可加工性能。
该技术在加工过程中具有众多优点,如:降低切削力和减少切削热、减小刀具磨损和崩边毛刺、优化切屑形态、提高表面质量、降低亚表面损伤以及提高加工效率等(每个加工工艺具体的改善效果因超声刀具、材料、工艺等的不同而存在一定的差别)。
超声加工技术是一种基于功率超声技术发展起来的特种加工技术,它本质上是一个物理去除过程,不涉及材料性质的改变。
随着市场化的需求越来越强烈,超声加工技术中商用标准化系统也成为了目前市场需求的重点,相关的超声加工技术开始走出实验室,在众多典型难加工材料的精密加工中得到应用,如:光学玻璃、蓝宝石、陶瓷、氧化铝陶瓷、钛合金、高温合金、碳纤维复合材料以及铝基碳化硅复合材料等,其应用领域及典型案例如图1所示。
近几年,国内难加工材料的大量应用,带来了较多的超声加工技术应用需求,促使了该技术的市场化,多家科研机构和制造企业纷纷开始进行超声加工技术的产业化应用。
图1超声加工应用领域及典型案例2 超声加工技术发展现状“工欲善其事,必先利其器”,超声加工技术是针对难加工材料精密加工的利器。
在大多数切削加工领域,超声加工更确切的名称应该为“超声辅助精密加工”,即在传统切削加工技术上辅助超声振动,从而实现特殊的材料去除效果。
碳化硅陶瓷的激光改性磨削

碳化硅陶瓷的激光改性磨削
刘伟;顾浩;唐都波;刘顺
【期刊名称】《机械科学与技术》
【年(卷),期】2024(43)4
【摘要】为了实现碳化硅陶瓷的高精加工,激光辐照被引入磨削加工中。
本文以碳化硅陶瓷为研究对象,采用激光改性磨削工艺,利用激光辐照对碳化硅陶瓷进行改性处理,进而对碳化硅陶瓷进行磨削试验。
与普通磨削进行比较,研究了碳化硅陶瓷试样的磨削力、表面粗糙度、表面形貌和亚表面损伤。
实验结果表明,与普通磨削相比,激光改性磨削可以有效降低法向磨削力、切向磨削力、表面粗糙度,最大下降幅度分别为33.91%、37.31%和33.14%。
激光改性磨削促使SiC陶瓷在磨削过程中以塑性去除为主,磨削表面规则且光滑;工件亚表面微裂纹较少,亚表面损伤深度小;实现了大磨削深度的塑性去除,提高了SiC陶瓷的磨削质量。
【总页数】6页(P637-642)
【作者】刘伟;顾浩;唐都波;刘顺
【作者单位】湖南科技大学机电工程学院;湖南科技大学难加工材料高效精密加工湖南省重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG580;TN249
【相关文献】
1.单颗磨粒磨削碳化硅陶瓷磨削力与比能研究
2.磨削速度对碳化硅陶瓷磨削损伤影响机制研究
3.碳化硅陶瓷超声振动运动轨迹以及磨削力建模
4.仿鸟羽结构自润滑金刚石砂轮磨削碳化硅陶瓷实验研究
5.表面激光织构对碳化硅陶瓷磨削性能影响研究
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一种基于稳定性图的车铣复合机床切削稳定性研究及优化

一种基于稳定性图的车铣复合机床切削稳定性研究及优化
曾梦玮;肖夏;宋冬梅;刘雪垠
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】为提高车铣复合机床的切削稳定性,避免切削过程中的颤振问题,文中以稳定性叶瓣图(以下简称稳定性图)为基础,研究了切削微型零件过程中的颤振问题。
通过对车铣复合机床机构和机床模型的分析,得到了机床动态振动模型和机床颤振的
数学模型。
同时通过锤击试验方法,得到了刀具与工件系统的传递函数,构建了车铣
复合机床的稳定性图。
最后对机床主轴部件、机床后轴部件和高频铣削部件的稳定区间进行了研究,该实验研究结果指导和优化了车铣加工切削微型零件的参数选择。
【总页数】5页(P117-120)
【作者】曾梦玮;肖夏;宋冬梅;刘雪垠
【作者单位】四川省机械研究设计院(集团)有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH16
【相关文献】
1.车铣复合加工中心电主轴的稳定性分析和实验研究
2.大型车铣磨复合机床静压转台油膜热特性分析及其优化研究
3.正交车铣细长轴的切削稳定性研究
4.车铣复合
加工过程阻尼与切削稳定性研究5.基于动态切削力系数的插铣加工过程稳定性研
究
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碳化硅陶瓷超声波辅助磨削表面完整性研究

摘要: 碳化硅单晶是典型的硬脆材料,具有硬度高、断裂韧性低及化学稳定性高等特性。为了研究其合适的加工工
艺,采用超声波辅助内圆磨削的方法对碳化硅陶瓷内圆进行加工,观察其内表面形貌。实验结果表明,超声波辅助
磨削更容易实现延性域的磨削。
关键词: 碳化硅陶瓷; 超声波内圆磨削; 表面完整性
本文引用格式: 侯保江,水涌涛,孙向春,等. 碳化硅陶瓷超声波辅助磨削表面完整性研究[J]. 兵器装备工程学报,
随着光机电领域的技术进步,各种扫描仪、投影机、数码 相机等新产品对光学透镜的需求量巨大。特别是近几年智 能手机的蓬勃发展,对小型光学镜头的需求量也越来越大。 现在,一般采用热冲击的方法来制造小型光学镜头。用于热 冲击的模具要求具有耐高温、耐反复冲击的特性,碳化硅陶 瓷具有优异的耐高温特性、化学安定性等优良的物化特性, 所以碳化硅陶瓷适宜于制造小型光学镜头所用的模具。但 和其他的半导体材料的材料特性类似,碳化硅单晶也是典型 的硬脆材料,具有材料硬度高、断裂韧性低及化学稳定性高
过程的表面完整性特性对实现其高效高精密加工有重要的 意义。
本研究将超声波振动运用到内圆磨削中,通过观察并对
槡 a = 137. 9M -1. 4 3 2π ηg
( 3)
式中: M 为粒度的编号; ηg 为磨粒占砂轮的体积率。
比超声波辅助内圆磨削及普通磨削的表面完整性,确定碳化 硅陶瓷超声波辅助内圆磨削的延性 - 脆性转移特性,以明确 碳化硅陶瓷超声波辅助磨削的加工特性。
2019,40( 7) : 209 - 211.
Citation format: HOU Baojiang,SHUI Yongtao,SUN Xiangchun,et al. Observation of Surface Integrity in Ultrasonic Assis-
碳碳化硅复合材料摩擦磨损性能分析

的波动幅度减小; S iC 含量升高则反之。 C /C-S iC复合材料经过多次刹停测试, 摩擦系数对制动次数不敏感, 表 现
出良好的摩擦稳定性。经过连续刹车试验, 摩擦系数不随表面的起始和最终温度升高而衰退, 材料尚无 热衰竭趋
势。对 C /C-S iC 刹车盘试样的磨损表面形貌及缺陷进行了观察, 发现表面磨损质量在航标允许范围内。
稳定性大小也接 近。结合 图 1可 以得出, C /C-S iC 复合材料的密度和碳含量增大, 摩擦系数和稳定性 提高; S iC含量升高, 摩擦系数和摩擦稳定性下降。
图 2 C /C-S iC 复合材料试样摩擦系数及稳定性 与密度的关系
F ig. 2 T he fr iction coe fficien t and stab ility o f C /C-S iC d isks w ith in different density
关键词: 碳 /碳化硅 ( C /C-S iC )复合材料; 化学 气相渗透 ( CV I) ; 摩擦性能; 表面磨损
中图分类号: TB323; TH 117
文献标识码: A
文章编号: 1005-5053( 2005) 02-0049-06
碳 /碳复合材料是目前航空领域广泛应用的摩 阻材料, 常用作新一代民用及军用飞机的摩擦元件。 但是大多数碳 /碳刹车盘在 700e 就严重氧化, 潮湿 环境下易导致制动失效, 在吸收相同 热库情况下, C /C盘需要的体积容量大, 从而大大降低了使用性 能和寿命 [ 1~ 3] 。碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料 ( C /C-SiC ) 是一种新型的摩阻材料, 具有密度低、耐 磨、抗氧化性及抗热震性 好等特点 [ 4 ] , 使用温度可 达 1000e 以上 比 C /C 需要的热容体积更小。刹车 盘是飞机起降和安全的关键性制动部件, 采用 C /CS iC复合材料的刹车盘可以克服传统摩擦材料的高 温失效及摩擦学缺陷。因此, C /C-S iC 复合材料在 飞机刹车材料领域将 具有广阔的应用 前景 [ 5] 。对 该新型摩阻材料的研究引起了国内外一些学者的关 注。德国宇航局率先研制用于汽车的 C /C-SiC 摩阻 材料, 并 成 功 应 用 于 保 时 捷 911Turbo 高 档 汽 车 上 [ 5] 。美国 A ircraft Braking System s, G oodrich, H oneywe l,l and Parker-H annifin 四大 公司联立 研究应 用于刹车领域的陶瓷摩阻材料。国内中南工业大学 也进行了一些研究 [ 6] 。
高速铣削再生颤振稳定性预测与验证

2 0 1 3年 5月
机 械 设 计 与 制 造
Ma c hi n e r y De s i g n & Ma n u f a c t u r e l 8 3
高速铣 削再 生颤振 稳 定性预 测 与验 证
曹 自洋 , 李 华, 殷 振, 谢 鸥
2 1 5 0 1 1 ) ( 苏州科技学院 机电工程系 , 江苏 苏州
C h i n a )
Ab s t r a c t : R e g e n e r a t i v e c h tt a e r s i a ma j o r f a c t o r r e s t r i c t i n g t h e p r o c e s s e f i f c i e n c y a n d q u di @o f h i g h s p e e d mi l l i n g . F o r t h e r e s e a r c h o f h i h g s p e e d m i l l i n g p r o c e s s .t h e d y n a mi c m i l l i n g f rc a e m o d e l a n d c h a t t e r s t a b i l i t y d o m a i n na a l y t i c a l m o d e l
c o n s t r u c t e d ,a n d t h e d y n a mi c r e g e n e r t a i v e e f f e c t s re a t a k e n i n t o a c c o u n t .T h e ma ch i n e — t o o l s y s t e m f r e q u e n c y r e s p o n s e f u ct n i o n i s o b t a i n e d t h r o u g h od m a l t e s t i n g . he T a n a l y t i c a l s o l u t i o n o f t h e c h a t t e r s t a b i l i t y d o m a i n i s a c h i e v e d b y n u m e r i c a l na a l y s i s b a s e d o n t h e bo a v e s t u d y ,w i t h i n t e g r t a e d u s e o f mi l l i n g s t a b i l i t y c r i t e r i o n .F i n a l l y ,t h e mi l l i n g e x p e r i m e n t s re a e s t bl a s i h e d a n d t h e e x p e r i m e n t r e s u l t s s h o w a g o o d a g r e e m e n t w i t h t h e s i m u l ti a o n r e s u l t s . T h e r e f o r e , t h e c o r r e c t es n s o fc h tt a e r
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7NJAWNOS
⎧ Nkl2 tan kl L1 + γkl sh hγL2 + Nkl kl′ tan kl′L2 ⎪tan(kl L3 ) = (Nkl kl′ tan kl L1 + γkl′shγL2 ) ta tan kl′L2 + Nkl3 ⎪ ⎨ 2 sh 2γL2 + Nkt kt′ tan k ′L2 ⎪tan(k L ) = Nkt tan kt L1 + 2γkt sh t 3 ⎪ (Nkt kt′ tan kt L1 + 2γkt′sh2γL2 ) tan kt′L2 + Nkt3 ⎩ 2%00
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