Facing the requirements of wafer scribing, this paper proposes a megasonic-assisted laser processing method to address the issues of ablation products and low depth-to-width ratio in laser scribing. Through theoretical analysis of laser ablation and megasonic vibration, it is shown that megasonic waves can remove the liquid-phase material and molten debris generated during ablation from the processing area, thereby reducing the accumulation of ablation products and improving the depth-to-width ratio. Subsequently, a three-factor two-response experiment was designed using the response surface methodology. Experimental results demonstrate that the introduction of megasonic waves significantly improves the surface morphology of the wafer. After grooving, the area of ablation products on the wafer surface is reduced by 80 μm2, representing a decrease of approximately 25
The recast layers, discharge craters and micro-cracks on the micro-shaft surface fabricated by wire electrical discharge grinding (WEDG) can negatively affect mechanical properties and fatigue life in particular as micro tools. An online polishing method using fluid magnetic abrasives (FMA) is proposed to improve the micro-shaft surface quality. A polishing device is designed that uses two permanent magnets to apply an external magnetic field and changes FMA container thickness to adjust magnetic field strength in the processing area. The FMA polishing device is integrated into a micro-EDM machine tool with a WEDG function, and the micro-shaft can be polished online by moving the set trajectory in the FMA. A single-factor experiment was employed on tungsten material micro-shafts fabricated by WEDG to explore the polishing ability. The effects of micro-shaft diameter, magnetic field strength, polishing time, spindle speed, abrasive particle size, and motion trajectory were analyzed. After FMA polishing, the surface roughness Ra could be reduced from 0.1 μm to below 0.05 μm generally, and the minimum could be reduced to 0.019 μm. Results show that the surface material removal was uniform and obvious. The tungsten micro-shafts had almost no deformation compared to before polishing, while the brass micro-shafts deformated obviously. After FMA polishing, the recast layer was significantly removed and the micro-shaft surface quality was improved, which was discovered by observing the surface topography. It proves that the online polishing of micro-shafts by FMA is feasible and valuable.
为实现复杂结构金属零件高精度制造成形,系统研究了激光立体成形各工艺参数对熔道截面形貌尺寸的影响规律.结果表明,激光立体成形熔道形貌尺寸与工艺参数有重要关系.沉积层截面面积、高度和宽度随着激光功率、送粉速率和基板温度的增大而增大,随着扫描速度的增大而减小,随着离焦量的增大呈现先增大后减少的趋势;重熔层截面面积、高度和宽度随着激光功率和基板温度的增大而增大,与扫描速度、送粉速率和离焦量等因素关系不大.
超快激光作为一种先进加工手段,因具有高柔性、高峰值功率密度、热影响小等特点可满足任意材料的精密加工,在航空航天、电子信息、新能源等领域的金属材料精密制孔中具有显著优势,故针对金属材料的超快激光冲击制孔、铣削制孔、螺旋制孔、环切制孔以及复合工艺制孔等工艺进行综述,总结了各制孔工艺的优势和面临的挑战.
针对目前掩膜电解加工深度溶解能力受限问题,以微凹坑阵列为研究对象,提出了基于流体动压效应的扫描阴极掩膜电解加工新方法.利用高流速电解液冲刷微凹坑表面堆积的电解产物,提高深度溶解能力,并且借助扫描阴极射流产生的流体动压效应使掩膜与工件表面动态贴合,从而简化工艺装置设计.基于加工试验,探讨了不同平底阴极结构和加工参数耦合作用对微凹坑尺寸变化的影响,最终实现直径259.8μm、深度44.1μm和直径418.1μm、深度102.7μm微凹坑阵列的加工,论证了扫描阴极掩膜电解加工方法具有提高深度溶解的能力.
针对闭式叶轮表面质量难以提升的问题,开展了不同抛光方法对叶轮表面质量的影响研究,分别对比了传统人工打磨结合喷砂、电场与流场协同表面精整工艺和流体抛光工艺的抛光效果.研究发现,采用电场与流场协同表面精整工艺和流体抛光工艺均可提升闭式叶轮表面质量,相较于传统工艺更能提升表面质量.基于此,研究了两种工艺协同作用对闭式叶轮表面质量的影响,发现综合利用两种技术可有效地改善叶轮表面质量,尤其是改善叶轮内流道出口双层狭缝内的表面状态.
选取聚晶金刚石(PCD)为研究对象,利用1064 nm皮秒激光采用不同激光功率、重复频率、加工速度、填充线宽、加工次数等参数进行加工,并对各区域的加工深度和烧蚀现象进行观测.结果表明,不同激光参数对PCD的烧蚀程度不同,其加工深度与激光功率和加工次数呈正相关,与加工速度和填充线宽呈负相关.此外,加工PCD后出现了石墨化现象,证明皮秒激光对PCD超硬材料的烧蚀机制为石墨化机制.
航空发动机叶片进排气边缘的精度直接影响着飞机的气动性能.为解决电解加工叶片存在的叶缘尺寸误差问题,提出了采用成形电极曲面,以"线-线"接触方式,电火花包络加工的方法对叶片边缘进行修整,即通过共轭曲面的基本原理设计出与理论叶缘曲面互相啮合的电极曲面,当电极与叶片按照刀位轨迹进行共轭运动时,电极曲面与叶缘曲面在每一个刀位点处始终保持有且仅有一条线接触,利用该特征曲线(刀刃线)对叶缘毛胚余量进行蚀除,再利用自研的六轴电火花机床对叶片毛胚进行了边缘修整实验.实验结果表明:修整后的叶片叶缘整体尺寸误差范围为-16.4～88.5μm、电极相对体积损耗率为0.87;通过对电极曲面不同部位的损耗情况进行分析,确定了电极曲面损耗严重区域的位置以及相应的材料去除量与电极损耗的关系,为后续的电极补偿提供了依据.
碳纤维复合材料在轨道交通车辆制造领域具有广阔应用前景,但采用传统工艺加工时易产生毛刺、撕裂等缺陷,会影响车辆产品质量,故设计了一种超声切割装置,用于切割碳纤维复合材料,通过对换能器、变幅杆、刀具的结构设计以及材料选用,完成超声切割装置的整体设计;通过ABAQUS软件对超声切割装置进行有限元分析,以验证装置设计的合理性;通过对碳纤维复合材料的切割过程的仿真,验证了超声切割装置的可行性.
表面微沟槽结构广泛应用于国防、电池反应堆、集成电路等领域.由Cu箔、CuSn合金箔和Sn箔三类材料构成的Cu-Sn复合材料微电极,可在工件表面获得具有复杂断面轮廓的微沟槽,故提出了Cu-Sn复合材料微电极的制备工艺并将其应用于表面微沟槽结构的微细电火花加工,建立了复合材料微电极的损耗模型,通过实验分析了复合材料微电极电火花磨削成形的过程.以上述研究为基础,采用厚度0.1 mm的Cu箔、厚度0.1 mm的均质CuSn合金箔和厚度0.3 mm的Sn箔制备复合材料微电极,并在180 V加工电压、26μs脉冲宽度和11μs脉冲间隔的作用下,对复合材料微电极进行电火花磨削成形并将其应用于Ti-6Al-4V的微细电火花加工.结果表明:Ti-6Al-4V表面获得了两种类型的微沟槽阵列结构,从而验证了所提工艺的可行性.
陶瓷基板电热组件具有加热均匀性好、电热转换效率高等优点,广泛应用于需低温加热场合,然而传统金属-陶瓷共烧技术因成本高、效率低而制约发展.通过采用电铸工艺在陶瓷基板上制备镍铜合金电热组件,研究发现镍铜合金电铸层的平均晶粒尺寸随着电铸液温度的升高而增大,电阻率随晶粒尺寸的增大而减小,同时电流密度会显著影响镍铜合金电铸层中镍的含量,进而影响镍铜合金电铸层的线膨胀系数.
氮化钛陶瓷材料广泛应用于航空航天行业.由于传统机械加工氮化钛存在刀具损耗现象、常规电火花加工陶瓷材料的效率低,提出了超声振动辅助混粉电火花加工氮化钛的方法,并搭建实验平台验证其可行性.首先,利用ABAQUS有限元分析软件对超声振动系统进行模态分析,并利用振幅测量仪和阻抗分析仪对超声主轴进行性能测试;接着,利用Fluent流仿真软件对混粉颗粒循环系统进行油箱流场仿真分析;最后,分别采用超声振动辅助混粉电火花加工、普通电火花加工、超声振动辅助电火花加工及混粉电火花加工四种方式加工盲孔并进行对比试验.结果表明:超声振动辅助混粉电火花加工氧化钛的表面粗糙度最低、材料去除率最高、加工表面质量得到改善.
2023年9月7日, 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会发布中华人民共和国国家标准公告(2023年第9号),批准583项推荐性国家标准,其中包括特种加工机床领域的二项增材制造装备国家标准:GB/T 43140—2023《激光定向能量沉积机床 通用技术规范》和GB/T 43141—2023《激光增材制造机床 通用技术条件》.
针对TPU材料在熔融沉积成形过程中挤出力不足、PVA材料遇水易溶解的缺点,研究制备了一种TPU与PVA同心共挤的新型FDM打印包覆丝材.结果表明,TPU/PVA包覆丝材可显著提高FDM成形件的硬度,提高两种高分子材料之间的层间结合力.当质量比TPU:PVA=8:2 时,成形件的拉伸模量和断裂伸长率较高,打印的复杂模型依旧具备柔性特色,细节效果较好.
通过对第十八届中国国际机床展览会(CIMT 2023)参展特种加工机床的现场观摩、资料收集以及与参展厂商的座谈交流,对国内外电加工机床、激光加工机床、增材制造机床的技术水平进行了评述,并分析了特种加工机床的发展趋势和应用前景.
钨热辐射器是热光伏系统中的重要单元,热光伏技术的发展对钨热辐射器表面质量的要求变得更高.为提高钨金属表面质量,基于电化学抛光原理构建了一套电化学抛光装置,通过单因素试验探究了工艺参数对电化学抛光表面质量的影响规律.结果表明:电化学抛光表面粗糙度随着抛光加工电压、加工时间、加工间隙和电解液温度的增加呈现先减小后增大的趋势,最佳的工艺参数为加工电压20 V、加工时间 160 s、加工间隙 5 mm、电解液温度 25℃,此时得到的表面抛光效果最佳.
针对电极本身产生的损耗影响电火花小孔加工的问题,提出了一种基于BP神经元分类算法的电火花小孔加工穿透检测技术.通过分析不同时期加工过程的放电频率,选择加工电压变化个数、脉冲放电的脉宽和脉间、伺服距离、加工电流作为模型特征输入量,在MATLAB软件中完成相应算法模型的建立,并综合考虑FPGA片上资源和算法耗时等因素的影响,在实验平台上实现了模型的FPGA程序移植,并通过加工实验验证了此方法的可行性.
为探究266 nm紫外纳秒激光在氧化铝陶瓷表面加工微孔的工艺规律,通过单因素试验法和正交试验法,开展了不同激光参数对孔深、孔径及深径比的工艺试验研究.结果表明:随着激光能量增大,孔深和孔径逐渐增大、深径比逐渐减小,孔深在增长过程中存在阶段性饱和;随着脉冲数量增加,孔深和深径比逐渐增大、孔径逐渐减小;随着离焦量的绝对值增大,孔径逐渐增大、孔深和深径比减少.通过正交试验优化了工艺参数,在激光能量 0.093 mJ、脉冲数量 1 800个、离焦量0mm时,可在氧化铝陶瓷表面加工出深径比超过 15 的微孔,这为提高纳秒激光加工氧化铝陶瓷微孔的加工质量提供了参考.
微冲裁作为一种微成形加工方法,是利用微型凸模对板料中的一部分沿微型凹模的封闭曲线从整体中分离.针对细长形状零件冲裁过程中易出现凸模断裂的情况,研究凸模底部刃口形状对微冲裁过程的影响,通过实验采集的冲裁力和冲裁位移数据,建立了有限元仿真模型,优化设计凸模底部刃口形状,降低冲裁力的峰值,为凸模最优刃口的选择提供参考.基于微细电火花加工技术,在线制备出平刃凸模及底部斜刃高度为 50 μm的斜刃凸模,并在厚度为100 μm的 304不锈钢箔料上进行微冲裁实验,通过比较采集的实验与仿真数据,验证了模型的可行性,结果表明:采用斜刃刃口凸模可降低峰值冲裁力,获得成形质量较好的异形复杂截面形状的落料件.
2023年6月2日～4日,中国机械工程学会特种加工分会在山东青岛组织召开了《特种加工技术路线图(2023版)》专家研讨会.会议由中国石油大学(华东)机电工程学院承办,来自特种加工"产学研用"领域的有关专家及路线图电火花加工部分主要编写人员参加了会议,中国石油大学(华东)机电工程学院院长、特种加工分会副主任委员刘永红主持会议.
