钛合金微织构表面仿真及其摩擦性能实验研究

采用Matlab软件建立钛合金超声椭圆辅助车削表面微织构仿真模型。分析了超声椭圆振动辅助车削参数对微织构形貌的影响规律。设计了钛合金超声椭圆振动辅助车削表面微织构实验。利用自制摩擦实验装置获得微织构表面动摩擦系数。分析了进给速率、切削速度对微织构表面摩擦性能的影响。结果表明,随着进给速率的增大微织构表面动摩擦系数增大,而随着切削速度的增大微织构表面动摩擦系数降低。为了获得具有良好摩擦性能的微织构表面,超声椭圆振动辅助车削表面微织构过程中应该采用较低的进给速率、较高的切削速度。同时,相同切削参数获得的微织构表面在摩擦磨损实验中随着摩擦主轴转速的增大摩擦系数增大。因此,为了发挥微织构表面的性能,应该尽可能降低摩擦副之间的相对转速。     

TC4合金径向超声振动铣削切削力特征分析

在设计的径向超声振动铣削实验平台上,对TC4合金径向超声振动铣削的切削力特征进行了研究。建立了径向超声振动铣刀刀尖运动轨迹数学模型,并通过仿真分析发现,在主轴转速一定的情况下,每齿进给量是影响刀刃和工件周期性分离的主要因素,随着进给量的增大,刀具与工件分离程度变小,直至不能分离。设计了以每齿进给量为变量的单因素切削实验,发现在满足刀刃和工件发生周期性分离的条件下,超声振动辅助铣削的切削力明显降低,且其高频波动也比普通铣削小。通过对切削力随进给量的变化规律研究发现,在刀屑分离的范围之内,随着进给量的增加,超声振动辅助铣削时的切削力增加相对缓慢。当进给量超过两倍振幅后,切削力增加比较明显。但与普通切削相比,超声振动时的切削力仍然有一定的降低。     

模态转换型超声电机中的椭圆运动

讨论了模态转换型超声电机表面质点椭圆运动的形成,研究了基于定、转子耦合和利用独立耦合器的模态转换型超声电机的原理。通过对具有斜槽的纵扭振动耦合器上观察到的表面质点椭圆运动进行的理论分析,提出了一种利用主结构中的子结构的局部振动获得模态转换的方法,可用于模态转换型超声电机的设计。     

弱刚度零件的超声波椭圆振动切削加工

根据弱刚度零件端面切削实验,研究了超声波椭圆振动切削对弱刚度零件的切削效果。与没加超声波椭圆振动的普通切削相比,超声波椭圆振动切削能显著地提高已加工表面光洁度和抑制颤振。并且基于超声波椭圆振动切削特性,分析了超声波椭圆振动切削对绝对稳定切削刚度的影响,结果表明:由于刀具前刀面与切屑之间的分离特性和摩擦力方向反转特性共同作用,增大了绝对稳定切削刚度,增强了抗颤振能力,提高了弱刚度零件表面的加工质量。     

液滴碰撞超声振动曲面的实验研究

通过实验研究了超声振动曲面上液滴碰撞的动力学行为。对边缘飞溅、表面飞溅以及毛细波、空化和子液滴回弹等复杂物理现象的产生机理和条件进行了分析，得到了超声振动曲面上发生边缘飞溅的临界曲线，并发现由于气动力的作用，超声振动曲面上发生边缘飞溅的临界超声振幅要小于平面情况。利用图像处理技术得到了不同条件下超声振动曲面对碰撞液滴的驱离效率以及飞溅液滴的尺寸分布。实验结果表明:碰撞液滴的驱离效率随振动曲面超声振幅的增大而增大，且呈线性增长；在高速碰撞中，碰撞速度几乎不影响超声振动曲面的液滴驱离效率；随着超声振幅的增加，飞溅液滴的平均尺寸增加。通过常温液滴与过冷液滴的碰撞实验对比，发现温度对超声振动曲面上液滴的动态碰撞过程影响较小。在过冷条件下，液滴驱离效率会略低于常温条件下，但仍能够持续有效地将液滴驱离表面，从而抑制冰层的增厚，说明超声振动曲面具有防水防冰的应用潜能。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。     

一种基于纵弯模态复合的新型两自由度直线超声电机的研究

提出了一种基于两个弯曲振动模态与一个纵向振动模态复合的新型两自由度直线超声电机。介绍了这种电机的结构特点。阐述了电机实现两个自由度直线运动的原理，并从理论上证明了电机驱动点的运动轨迹为椭圆运动。在此基础上，利用有限元方法设计了电机，并制造了原理性样机。利用PSV-300F多普勒激光测振仪对电机的工作模态进行了测试，实验结果表明，电机的工作振型和工作频率等均满足设计要求。电机的试运行表明了其工作原理和设计结果的正确性，并给出了电机的输出性能。最后指出了该样机存在的问题和改进措施。     

防除冰过程中的传热传质特性（英文）

通过数值模拟和实验研究了抑制冰形成的两种方法：被动的表面功能化和主动的超声振动技术。由于表面凸起的宏观结构能在液滴扩展和收缩过程中改变其形状，因此液滴撞击具有立方体、单个和交叉三角脊以及悬空棱镜等宏观结构的超疏水表面时的接触时间可以有效降低。受到超声振动的基板会形成非线性的等效剪切应力分布，从而导致撞击液滴出现不同的动力学模式，并提高了除冰性能。研究揭示了表面宏观结构和超声振动技术对抗冰和除冰的有效性，为设计和优化抗冰/除冰系统提供了潜在方法。     

大柔性压电梁振动主动控制实验研究与数值模拟

采用独立模态控制法对含压电片柔性梁进行了振动主动控制实验研究,实现了压电柔性梁前三阶振动模态的独立控制。由施加控制前、后的系统响应对比分析知,实施主动控制后,柔性结构的模态阻尼得到了很大的改善,振动抑制效果十分显著。同时利用Hamilton原理,推导含压电片柔性梁的动力学微分方程,对压电柔性梁前三阶振动主动控制进行了数值仿真,并将仿真结果与实验结果进行对比分析,两者的吻合性良好。研究结果表明,利用压电陶瓷作为驱动元件,采用独立模态控制法实现柔性结构的振动抑制是一种非常有效的振动主动控制方法,在航空航天等领域中具有广阔的应用前景。     

振动频率对超声辅助切削温度影响的仿真研究

钛合金为难加工材料,被广泛应用于航天航天等领域,近年来,超声振动在钛合金切削加工方面得到广泛的运用。在实现断续切削的情况下(2πfa3Vc),运用Adevant Edge软件建立了反映温度场分布的超声振动车削有限元模型,并用该模型仿真研究了振动频率对超声切削温度影响的规律。研究表明:适当增大超声振动频率可降低加工接触率,实现断续切削,降低刀尖切削温度,增加刀具的使用寿命;在相同工艺参数条件下,存在一振动频率临界点,超过该频率将导致刀尖与切屑摩擦热增加速度大于刀具散热速度,致使刀具温度升高。     

环氧树脂抛光磨具的研制

论述了一种环氧树脂抛光磨具的研制过程。该抛光磨具主要由环氧树脂和Ｃｒ２Ｏ３磨料组成，用于抛光石材表面。环氧树脂作为粘结剂替代了酚醛树脂粘结剂；用Ｃｒ２Ｏ３磨料替代了白刚玉磨料。环氧树脂和其他各种磨具粘结剂相比具有优良的性能，尤其适合制造细粒度的抛光磨具；Ｃｒ２Ｏ３磨料具有较低的硬度和较好的抛光性能。由于采用了低粘度的环氧树脂粘结剂，该抛光磨具在浇注成型下，仍具有较高的磨料含量。通过在磨具配方中加入合适的固化剂以及增韧剂、填料等添加剂，成功地研制出了组织致密、耐磨性好、加工效率和抛光光泽度高的新型抛光磨具。     

双面抛光加工运动过程分析与数学模型的建立

晶片在双面抛光加工过程中具有多向运动、受力复杂、表面材料微细去除的特征,晶片的运动和受力是影响双面抛光加工质量的主要因素。本文通过分析双面抛光加工时晶片的运动规律和受力状态,建立了双面抛光加工时晶片运动的数学模型。研究结果表明,晶片的运动是行星运动和自转运动的合成,当晶片质量和惯性矩较小并可以忽略时,晶片的自转速度与抛光压力、抛光垫和晶片表面间的摩擦状态无关,而与行星轮和晶片端面间的摩擦状态、行星轮系统运动参数和抛光盘转速有关。     

光纤连接器端面研磨的技术关键

简要地介绍了连接器的生产中最关键的研磨工艺，对研磨工艺流程，研磨质量跟踪表和研磨质量指标通过实际生产过程进行研究。而且利用跟踪记录的研磨数据，并根据研磨质量的指标，找出一套最佳的研磨工艺。从而生产出高质量的连接器。     

聚氨酯基柔性磨具的研制

聚氨酯基柔性磨具具有三维柔软性，能应用于抛光各种复杂异型面。本文研究了其制造工艺和制造过程中的化学平衡理论，并成功地在实验室生产出该种磨具。同时也研究了其抛光机理。并且通过大量的实验获得最佳工艺参数，为其进一步推广和应用提供了实验基础     

磁性流体研磨加工的实验研究

随着科学技术的发展,电子、光学和军品零件加工精度和表面质量的要求日益提高。采用普通研磨加工方法,虽然加工表面粗糙度和形状精度可符合要求,但表面加工变质层会使零件的机械物理性能降低。为此,开发研究出许多精加工技术。磁性研磨法是70年代新开发研究的一种加工方法,具有高精度、高效率和加工表面无变质层的特点,特别适合难研磨材料和复杂形状表面的研磨加工,并能在研磨加工过程中控制研磨效率和研磨精度。本文以自行研制的研磨装置为实验手段,对磁性流体研磨加工进行工艺试验,探索了研磨时间、磨粒粒径、混合液体积添加率和磁场强度诸因素对研磨效率和研磨精度的影响。并在此基础上对研磨机理进行了初步分析,提出了磁性流体研磨加工中单颗磨粒的运动模型,找出了研磨表面产生铜屑粘连、夹渣、磁性颗粒粘附和较粗划痕等缺陷的原因,以及控制措施。     

麻花钻磨损振动信号的时域与频域特征分析

本文提出采用振动信号监测钻削过程中钻头的磨损状态。对主轴振动信号随钻头磨损而变化的时域和频域特征进行了实验研究和理论分析。实验表明:振动信号能够较好地反映切削过程中刀具的状态。随着刀具磨损的增加,振动信号的振幅增大,振动能量亦相应增加。信号的时域波形和谱结构表明刀具在即将发生剧烈磨损之前,将出现所谓“转速调制现象”,即与转速同步的振动信号被高频信号所调制。文中解释了这种现象发生的机理,并提出利用该特性进行钻头磨损监测和预报的方法。建立了以APPLE—Ⅱ微型机为主体的刀具磨损监测系统,实际监测试验表明监测系统具有很好的应用前景。     

一种利用纵振的直线超声电机(英文)

设计了一种利用变截面杆纵振模态工作的直线超声电机,该超声电机的特点是有两个变截面杆状并由一半圆环连接。位于圆环中间驱动足顶部质点以椭圆轨迹运动,当驱动足以一定预压力接触动子时,动子将输出直线运动。通过建立定子的有限元模型并对其进行谐响应分析验证了原理的可行性。提出了电机结构设计的要求,并通过有限元方法进行了结构参数灵敏度分析,为该类电机结构的设计提供了高效的方法。样机试验表明,该电机在100mm/s的运行速度下可以推动10N的负载。