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硬脆难加工材料的超精密复合加工技术及应用
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    TG580.6
  • 关键词:
  • 成果简介:
    项目针对硬脆难加工材料的精密加工,在国家863计划、河北省自然科学基金等项目的资助下,河北工业大学和哈尔滨工业大学联合攻关,系统阐述了超声振动辅助微磨削、塑性微纳铣削和激光加热辅助切削机理,深入研究了关键技术和典型应用,为航天领域复合材料的精密高效切削、陶瓷等难加工材料的精密磨削、玻璃微器件的精密铣削等提供了新的技术支撑和经济增长点,取得了较好的经济效益和社会效益。 1、提出陶瓷材料的超声振动辅助精密磨削加工方法及研制相应加工系统,实现了相关产业应用。基于断裂力学、损伤力学、应变梯度塑性理论、有限元理论建立超声振动辅助微磨削加工的材料去除模型,明晰了材料去除率、加工精度与超声振动方式及工艺参数之间的关系;基于位错理论结合分子动力学从分子、原子尺度建立微磨削力模型,确定了工艺参数对微磨削力的影响关系;建立了微磨削的热量传递模型,获得磨削热及其分布规律;研究了超声振动效应对加工表面粗糙度和次表面损伤、砂轮磨损等的影响,实现了超声振动方式及其参数与微磨削加工的协调控制,研制了一种超声振动辅助微磨削加工系统,保证了超声振动辅助微磨削加工过程的稳定性,解决了陶瓷材料高效高质微磨削的技术难题,在相应企业实现了其应用。 2、提出玻璃等脆硬材料的球头铣刀微纳铣削方法,解决相关企业玻璃微器件加工技术难题。基于有限元、离散元仿真技术,进行了纳米尺度下玻璃干式铣削行为的动力学分析,基于晶格相变解析了纳米尺度下玻璃的塑性铣削过程,建立纳米尺度球头铣削力模型,提出纳米尺度下玻璃铣削过程模型及铣削方法;获得了工件材料性能、刀具几何参数和加工工艺参数等对铣削应力与应变分布、铣削温度和加工表面质量等的影响规律;分析铣削作用引起的材料物理性能转换,建立应力和温度联合作用下玻璃等硬脆材料相变本构关系模型,确定了玻璃等硬脆材料脆-塑转变和塑性铣削条件,奠定玻璃微器件干式塑性铣削加工技术基础。并应用于相关企业生产中,解决了企业玻璃微器件精密超精密加工技术难题。 3、提出颗粒增强金属基复合材料激光加热辅助高效切削技术及抑制激光加工热影响区的工艺方法。针对航天用硬脆复合材料的高效精密加工难题,提出颗粒增强金属基复合材料的激光加热辅助切削机理模型及激光诱导热裂切割技术,为激光加工技术的航天应用提供了新的理论及技术支撑;获得了激光参数、工艺参数、材料参数等对加工质量和加工效率的影响规律,优化了工艺参数,形成航天用特殊硬脆材料和颗粒增强复合材料的激光加热辅助切削及诱导热裂切割工艺规范;提出激光与高速微细水射流复合微纳加工机理以及抑制钛合金、陶瓷等硬脆材料激光加工热影响区的工艺方法,为硬脆材料的高效高质激光加工提供了新的工艺策略。研制了激光加热辅助切削系统和激光诱导热裂切割装备,实现了航天用特殊硬脆材料和颗粒增强金属基复合材料的高效加工,解决了航天企业相应产品加工技术难题,为高端航天器研制提供技术支撑。
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