Zr-4合金电火花加工后的微观组织及性能研究

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作者 孙学文 杨珅 +1 位作者 李一全 许金凯 《工具技术》 北大核心 2025年第2期23-29,共7页

Zr-4合金具有较小的热中子吸收截面、优良的耐高温高压水侧腐蚀性能以及较好的高温强度等特点,被广泛用作轻水堆燃料元件包壳材料。但因实际工况恶劣,锆合金构件会被高温高压水蒸气腐蚀造成使用寿命降低,极大制约了核能的发展。本文对核... Zr-4合金具有较小的热中子吸收截面、优良的耐高温高压水侧腐蚀性能以及较好的高温强度等特点,被广泛用作轻水堆燃料元件包壳材料。但因实际工况恶劣,锆合金构件会被高温高压水蒸气腐蚀造成使用寿命降低,极大制约了核能的发展。本文对核用Zr-4合金电火花加工后的微观组织及性能进行研究,分析电火花加工对材料表面结构与性能的影响。对于加工缺陷,采用多次修整的方法来消除其对Zr-4合金的影响。针对不同切削次数的工件表面进行微观组织观测、物相分析及性能检测,评价不同样品在模拟实际工况环境中的工作性能。结果表明,电火花的多次修整可以明显提高样品表面光洁度与平整度,修整七次后的样品表面显微硬度较基体上升63.7%,同时在过热蒸气环境中腐蚀30天氧化膜平均增厚较原始样品降低36.2%,样品表现出良好的力学性能与耐腐蚀性能。 展开更多

关键词 ZR-4合金 电火花线切割 微观结构 耐腐蚀性能 表面质量

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基于图像处理技术界定微纳复合织构防覆冰性能 被引量：6

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作者 弯艳玲 崔普 +1 位作者 徐丽宁 于化东 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期54-58,67,共6页

目的制备具有防覆冰性能的微织构表面,准确评价微织构表面的结冰性能。方法采用激光二次扫描方法,以铝合金为基底,构筑沟槽-凹坑型复合微织构表面,以水滴在其表面结冰过程的图像为对象,采用阈值法分割图像和背景,对提取出的图像进行形... 目的制备具有防覆冰性能的微织构表面,准确评价微织构表面的结冰性能。方法采用激光二次扫描方法,以铝合金为基底,构筑沟槽-凹坑型复合微织构表面,以水滴在其表面结冰过程的图像为对象,采用阈值法分割图像和背景,对提取出的图像进行形态学运算,通过分析水滴结冰过程中的轮廓变化规律,研究水滴结冰过程的状态变化,进一步界定水滴的结冰时间。结果纳秒激光一次扫描形成的沟槽结构,增加了试件表面的粗糙度,使铝合金表面接触角由54.4°提高到116.5°,实现了铝合金表面的疏水性能。而二次扫描构建的沟槽-凹坑复合微织构,形成了C^w-C^n接触模型,进一步提高了试件表面的疏水性,试件表面接触角增大至154.4°。超疏水表面成核能垒高,且沟槽-凹坑复合微织构捕获的空气降低了固液界面的热交换速度,是铝合金表面结冰时间由11s延长到551s的原因。图像处理方法准确界定了水滴在结冰过程中的三个阶段。采用Harris角点检测法,可以实现精确判断结冰完成时间,减小了肉眼判断结冰状态所带来的主观误差。结论纳秒激光二次扫描构筑的沟槽-凹坑复合微织构可以有效提高Al7075表面的疏水性,并延缓水滴在其表面的结冰时间。图像法处理提取的表面轮廓,为研究分析水滴在结冰过程中的状态变化提供了一种新思路。 展开更多

关键词 防覆冰 微纳复合织构 纳秒激光 图像处理 铝合金 结冰机理

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表面微织构刀具钻削蠕墨铸铁的加工质量研究

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作者 李兆祥 葛丰榕 +4 位作者 石广丰 谭瑞旺 于占江 许金凯 李一全 《工具技术》 北大核心 2024年第11期10-16,共7页

蠕墨铸铁切削加工中刀具的黏结严重影响零部件加工质量和加工效率。在刀具表面制备微织构有助于改善刀—屑界面接触状态,提高切削性能。为探究微织构钻削刀具对蠕墨铸铁切削性能的影响,利用纳秒激光微加工技术在硬质合金刀具刃部制备微... 蠕墨铸铁切削加工中刀具的黏结严重影响零部件加工质量和加工效率。在刀具表面制备微织构有助于改善刀—屑界面接触状态,提高切削性能。为探究微织构钻削刀具对蠕墨铸铁切削性能的影响,利用纳秒激光微加工技术在硬质合金刀具刃部制备微坑织构,研究不同表面微织构参数与工艺参数对钻削孔壁质量的影响规律并建立孔壁质量模型,分析微坑织构刀具对微钻削孔壁微观形貌和切屑形成的影响。试验结果表明:孔壁粗糙度Ra值随着进给量的增加呈上升趋势,微坑织构刀具孔壁粗糙度Ra优于无织构刀具;对孔壁粗糙度Ra的影响顺序为微坑织构离刃距离>进给量>微坑织构间距;表面微坑织构刀具对切屑的形状有明显影响,切屑的卷曲程度更大,断屑效果更好,进而提高钻削稳定性,改善孔壁的加工质量。 展开更多

关键词 表面织构 蠕墨铸铁 钻削 加工质量

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多尺度微结构对铝合金表面疏水性能的影响 被引量：1

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作者 弯艳玲 张猛 +1 位作者 杨健 于化东 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第16期2715-2719,共5页

利用微铣削技术和电火花复合技术在铝合金表面加工微沟槽阵列结构。通过改变沟槽阵列凸台宽度,获得具有不同粗糙度因子的一级结构。采用不同脉宽参数对微沟槽阵列表面进行加工,获得具有不同粗糙度因子的二级结构。对具有不同粗糙度表面... 利用微铣削技术和电火花复合技术在铝合金表面加工微沟槽阵列结构。通过改变沟槽阵列凸台宽度,获得具有不同粗糙度因子的一级结构。采用不同脉宽参数对微沟槽阵列表面进行加工,获得具有不同粗糙度因子的二级结构。对具有不同粗糙度表面的疏水性能进行观测,并对其疏水机理进行分析。结果表明:在本征接触角为50°的铝合金表面,微铣削技术构建的单尺度微结构实现了铝合金表面从亲水向疏水的转变,微铣削-电火花复合加工的多尺度结构实现了铝合金表面的超疏水性能。在二级结构粗糙度恒定的基础上,随着一级沟槽凸起宽度的增大,铝合金表面的疏水性呈线性减小的趋势。当一级结构一定时,复合加工后的铝合金表面接触角随二级结构表面粗糙度的增加先增大后减小。水滴与一级结构的接触状态为Cassie与Wenzel之间的一种过渡状态,与二级微米级陨石坑结构的接触状态为Wenzel状态,与二级纳米级结构的接触状态为Cassie-Baxter状态。 展开更多

关键词 多尺度微结构 疏水表面 微铣削 电火花线切割

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基于数值模拟与实验的弯液面约束电化学沉积工艺研究 被引量：1

5

作者 王雪 许金凯 +3 位作者 任万飞 韦含含 王曼妃 徐振铭 《精密成形工程》 北大核心 2023年第11期107-114,共8页

目的研究影响弯液面约束电沉积(MCED)的工艺参数(电压、浓度、湿度和喷嘴移动速度),以确保制造出满足要求的高性能金属微结构。方法首先采用COMSOL有限元仿真研究了沉积过程中不同电压、浓度、湿度和喷嘴移动速度对MCED沉积速率的影响,... 目的研究影响弯液面约束电沉积(MCED)的工艺参数(电压、浓度、湿度和喷嘴移动速度),以确保制造出满足要求的高性能金属微结构。方法首先采用COMSOL有限元仿真研究了沉积过程中不同电压、浓度、湿度和喷嘴移动速度对MCED沉积速率的影响,确定了MCED在上述参数影响下的变化规律。其次,进行了工艺试验,验证了仿真结果的正确性。结果仿真结果表明,MCED沉积速率与电压、电解液浓度呈正相关。喷嘴移动速度会影响金属微结构的初始沉积直径和沉积速率,喷嘴移动速度越慢,沉积结构初始直径越大,沉积速率相对越慢,而且还会影响沉积能否顺利进行。实验结果表明,在相同湿度下,在弯液桥边缘位置存在相对湿度梯度,易产生强对流,在边缘位置,加快扩散速度将会造成边缘优先生长。在不同湿度下,易出现空心结构和实心结构。结论通过将仿真与实验相结合,得到了沉积速率、沉积形状与电压、电解液浓度、喷嘴移动速度和湿度之间的关系,通过调控工艺参数(电压、浓度、湿度和喷嘴移动速度)得到最佳适用值,可获得沉积质量较好的金属微结构。 展开更多

关键词 弯液面约束电沉积 有限元模拟 工艺参数 沉积形貌 沉积速率 金属微结构

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铝基碳化硅激光辅助微切削仿真及实验研究 被引量：6

6

作者 王志达 翟昌太 +3 位作者 于朋 田纪文 聂小雨 许金凯 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2020年第10期59-63,共5页

为探究激光辅助切削技术对高体积分数铝基碳化硅材料加工质量的影响,利用ABAQUS有限元仿真软件,建立体积分数45%的铝基碳化硅材料切削仿真模型,对铝基碳化硅材料受热后温度场的分布和不同切削参数下的应力分布进行了仿真研究。对铝基碳... 为探究激光辅助切削技术对高体积分数铝基碳化硅材料加工质量的影响,利用ABAQUS有限元仿真软件,建立体积分数45%的铝基碳化硅材料切削仿真模型,对铝基碳化硅材料受热后温度场的分布和不同切削参数下的应力分布进行了仿真研究。对铝基碳化硅材料进行了单因素切削实验及激光辅助正交精密微切削实验研究,对实验结果进行分析与探讨。实验结果表明,铝基碳化硅材料在受热后切削过程中应力值有所减小,激光辅助切削技术能有效改善被加工铝基碳化硅材料的表面粗糙度,减少表面形貌缺陷,同时降低刀具磨损。 展开更多

关键词 有限元仿真 铝基碳化硅 激光辅助切削 表面粗糙度

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微孔阵列结构的纳秒激光制备及陷光性能研究 被引量：1

7

作者 侯孟 许金凯 +2 位作者 廉中旭 侯永刚 于化东 《激光杂志》 CAS 北大核心 2022年第6期26-30,共5页

为了制备形状可控、有序阵列的陷光微结构表面,使用纳秒激光器在钛合金(Ti6Al4V)表面加工呈六角形分布的微孔阵列结构,研究了不同激光扫描次数对表面微孔阵列结构形貌和反射率的影响。研究结果表明,随着激光扫描次数的增加,微孔结构表... 为了制备形状可控、有序阵列的陷光微结构表面,使用纳秒激光器在钛合金(Ti6Al4V)表面加工呈六角形分布的微孔阵列结构,研究了不同激光扫描次数对表面微孔阵列结构形貌和反射率的影响。研究结果表明,随着激光扫描次数的增加,微孔结构表面的反射率逐渐降低,当激光扫描次数增加至40次时,微米级孔洞的直径约为(68±5)μm,孔洞深度约为(175±5)μm,在400 nm~1 000 nm波长范围内微孔阵列结构表面的平均反射率降低至1.3%。纳秒激光制备的微孔阵列结构表面有效增强了钛合金表面的陷光性能,在光学隐身、屏蔽杂散光等领域内具有重要的应用前景。 展开更多

关键词 微孔阵列结构 纳秒激光 TI6AL4V 陷光性能

原文传递

磁场对微细电火花加工Ti-6Al-4V微孔的影响 被引量：3

8

作者 曲永强 许金凯 于朋 《工具技术》 北大核心 2021年第7期23-27,共5页

微细电火花加工作为重要的非传统加工技术广泛应用于精密制造等领域,但加工效率低和加工质量差等问题严重制约了微细电火花加工技术的发展。为了改善微细电火花加工存在的问题,将磁场与微细电火花加工相结合,在不同的电极转速条件下研... 微细电火花加工作为重要的非传统加工技术广泛应用于精密制造等领域,但加工效率低和加工质量差等问题严重制约了微细电火花加工技术的发展。为了改善微细电火花加工存在的问题,将磁场与微细电火花加工相结合,在不同的电极转速条件下研究外加磁场对Ti-6Al-4V微孔加工性能、加工精度和表面质量的影响。加工性能由材料去除率和电极磨损率表征,加工精度由过切和锥度表征,根据表面粗糙度和表面形貌来评估表面质量。试验结果表明:采用磁场微细电火花复合加工方法在Ti-6Al-4V上加工微孔时,材料去除率和电极磨损率增大,过切和锥度减小,表面粗糙度降低,加工精度和表面质量均得到改善。 展开更多

关键词 微细电火花加工 磁场辅助 TI-6AL-4V 表面质量

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结构化砂轮磨削蓝宝石微沟槽底面质量的研究

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作者 周飞 许金凯 +1 位作者 张文通 于化东 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期20-26,共7页

针对蓝宝石这类超硬材料表面微结构难加工的问题,提出一种基于结构化砂轮的磨削表面微结构方法.采用电火花线切割(Wire Electrical Discharge Machining,WEDM)技术对砂轮表面进行结构化修整,利用修整后的结构化砂轮磨削蓝宝石表面微结构... 针对蓝宝石这类超硬材料表面微结构难加工的问题,提出一种基于结构化砂轮的磨削表面微结构方法.采用电火花线切割(Wire Electrical Discharge Machining,WEDM)技术对砂轮表面进行结构化修整,利用修整后的结构化砂轮磨削蓝宝石表面微结构,研究顺磨和逆磨方式下,结构化砂轮磨削速度、磨削深度和进给速度对蓝宝石微沟槽底部表面粗糙度的影响规律.研究结果表明,结构化砂轮磨削蓝宝石表面微沟槽形貌基本完整,且相对120µm的加工深度,尺寸误差仅为1.4µm,微沟槽的垂直度较好,垂直度偏差仅为4.9°;顺、逆磨方式下,随着磨削速度增大,磨削深度和进给速度减小,都可以减小蓝宝石微沟槽底部表面粗糙度;相较于逆磨方式,顺磨方式下微沟槽底面微坑较小,底面质量更优;在较优加工参数砂轮磨削速度35m/s、磨削深度1µm、工件进给速度200mm/min下,表面粗糙度从4.487µm降低至2.923µm. 展开更多

关键词 蓝宝石 磨削 表面粗糙度 结构化砂轮 磨削方式 微沟槽

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异形截面孔磨粒流精密加工质量分析 被引量：6

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作者 李俊烨 朱志宝 +3 位作者 张心明 石广丰 赵伟宏 苏宁宁 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第17期2063-2073,共11页

采用磨粒流精密加工技术对异形截面深孔进行数值模拟及实验研究,通过大涡模拟方法对钛合金异形截面孔零件进行数值分析,并进行相关实验研究以揭示磨粒流抛光异形曲面的表面创成机理。磨粒流精密加工数值分析揭示了磨粒流动态压力、速度... 采用磨粒流精密加工技术对异形截面深孔进行数值模拟及实验研究,通过大涡模拟方法对钛合金异形截面孔零件进行数值分析,并进行相关实验研究以揭示磨粒流抛光异形曲面的表面创成机理。磨粒流精密加工数值分析揭示了磨粒流动态压力、速度、磨粒对壁面压力和壁面剪切力对壁面作用规律,获得了异形截面孔内流向截面的漩涡位置分布与漩涡产生原因以及漩涡与磨粒相互作用关系。经过磨粒流精密加工后,异形曲面的表面粗糙度由Ra=7.136μm、Rz=40.103μm减小到Ra=1.822μm、Rz=8.964μm,异形截面孔内表面凸起、球化现象去除,表面质量明显改善,漩涡使异形曲面的表面质量得到大幅改善。 展开更多

关键词 磨粒流精密加工 异形截面孔 漩涡分析 表面质量

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微织构衍生切削下的钛合金正交微切削性能分析 被引量：7

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作者 刘佳 于化东 +3 位作者 于占江 蔡倩倩 许金凯 李一全 《工具技术》 北大核心 2021年第9期47-53,共7页

针对微织构刀具加工过程中的衍生切削效应,利用正交微切削单元开展了微坑刀具及无织构刀具的钛合金微切削实验,从切屑底面形貌、微坑黏结状态等方面分析了微坑刀具微切削性能;通过ABAQUS软件对微织构刀具微切削钛合金过程进行有限元模拟... 针对微织构刀具加工过程中的衍生切削效应,利用正交微切削单元开展了微坑刀具及无织构刀具的钛合金微切削实验,从切屑底面形貌、微坑黏结状态等方面分析了微坑刀具微切削性能;通过ABAQUS软件对微织构刀具微切削钛合金过程进行有限元模拟,分析微坑织构的衍生切削作用对刀-屑接触应力分布及切削力的影响,优化设计微坑边缘过渡区参数并进行切削仿真分析。实验和仿真结果表明,微坑会减小前刀面黏结,存储微屑,减小刀-屑接触应力,提高刀具减摩性能;但微坑与切屑的衍生切削作用会增大瞬时切削力,降低切削过程平稳性。此外,微坑过渡区优化可改善切削过程波动,降低切削力,改变切屑形态,改善切屑在微坑的流入/流出状态,有助于减小微坑织构衍生切削效应,提高织构的减摩效果。 展开更多

关键词 衍生切削 微织构 钛合金 微切削 切削仿真

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不锈钢表面复合微结构的冰摩擦性能 被引量：4

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作者 弯艳玲 王博 +1 位作者 奚传文 于化东 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期198-204,共7页

目的探究不锈钢表面复合微结构的冰摩擦性能。方法采用纳秒光纤激光器在不锈钢表面构建类莲藕型沟槽复合结构,并对不同润湿性、粘附性和摩擦速度下的冰摩擦性能进行了观测与分析。结果微米-亚微米级复合结构是不锈钢表面超疏水高粘附的... 目的探究不锈钢表面复合微结构的冰摩擦性能。方法采用纳秒光纤激光器在不锈钢表面构建类莲藕型沟槽复合结构,并对不同润湿性、粘附性和摩擦速度下的冰摩擦性能进行了观测与分析。结果微米-亚微米级复合结构是不锈钢表面超疏水高粘附的主要原因,热处理消除了样件表面的时效性,化学修饰实现了超疏水由高粘附性到低粘附性的转换。温度的变化改变了水滴在样件表面的接触状态。在滑动速度为0~1mm/s、载荷为2N的条件下,随着滑动速度的增加,疏水性越好、粘附性越低的表面具有较小的摩擦系数,因为摩擦热产生的水膜形成了润滑层,使冰摩擦处于混合摩擦阶段,降低了摩擦阻力。但过多的水膜会形成大量毛细管桥,增大阻力。结论超疏水表面由于其独特的类莲藕复合结构,减小了材料的接触面积,降低了毛细管桥的积聚,从而降低了冰摩擦表面的平均摩擦系数。同时,低粘附性降低了表面与水的粘滞性,阻止了更多毛细管桥的形成,是影响冰摩擦系数的另一重要因素。 展开更多

关键词 冰摩擦 超疏水表面 粘附性 毛细管桥 不锈钢

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微结构几何参数对铝合金表面结冰性能的影响 被引量：3

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作者 弯艳玲 严灿东 +1 位作者 王博 于化东 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期272-279,共8页

目的制备具有稳定性的抗结冰表面,并探讨表面微结构几何参数对表面结冰性能的影响。方法以铝合金为基底材料,采用电火花线切割加工方法,在材料表面构建可控微米级尺寸沟槽与方柱阵列结构,对试件进行润湿性、结冰性能以及稳定性测试。结... 目的制备具有稳定性的抗结冰表面,并探讨表面微结构几何参数对表面结冰性能的影响。方法以铝合金为基底材料,采用电火花线切割加工方法,在材料表面构建可控微米级尺寸沟槽与方柱阵列结构,对试件进行润湿性、结冰性能以及稳定性测试。结果制备的微结构表面超疏水或者近超疏水。微结构表面具有优异的抗结冰性能,且方柱结构表面的抗结冰性能优于沟槽结构表面。微结构高度的增加以及宽度的减小都会延迟水滴在微结构表面的结冰时间,且宽度的影响程度更大。结冰-融冰循环试验表明,微结构表面具有一定的稳定性。分析抗结冰机理可知,微结构表面的两级结构,形成了“气垫效应”,提高了表面疏水性,减小了固液接触面积;微结构高度增加、宽度减小以及形态由沟槽变为方柱,使传热热阻增大,传热面积减小,减缓了三相接触时液滴的热能损失,因此延长了结冰时间。结论电火花线切割加工方法在构建微结构的同时,提高了表面的疏水性,并且微结构几何参数不同程度地提高了表面的抗结冰性能,为探究新型抗结冰表面提供了一种新的思路。 展开更多

关键词 电火花线切割加工 几何参数 微结构 超疏水 抗结冰性能 稳定性

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大涡模拟Smagorinsky模型用于磨粒流精密加工喷嘴的质量控制研究 被引量：5

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作者 李俊烨 卢慧 +2 位作者 苏宁宁 张心明 张宏伟 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1169-1174,共6页

为研究固液两相磨粒流加工喷嘴小孔过程中的流场分布、涡旋形成规律及涡旋的存在对磨粒流加工的影响机制,采用Smagorinsky亚格子模型对磨粒流加工喷嘴小孔的流道进行大涡数值模拟,并使用磨粒流对变直径喷嘴工件进行加工试验。数值模拟... 为研究固液两相磨粒流加工喷嘴小孔过程中的流场分布、涡旋形成规律及涡旋的存在对磨粒流加工的影响机制,采用Smagorinsky亚格子模型对磨粒流加工喷嘴小孔的流道进行大涡数值模拟,并使用磨粒流对变直径喷嘴工件进行加工试验。数值模拟发现磨粒流流体中磨粒与壁面的碰撞与剪切作用随流体的速度增大而增大,同一截面的速度存在速度差,其中还伴随涡旋的存在;通过试验研究发现:经固液两相磨粒流加工后的喷嘴小孔表面质量得到明显提高,喷嘴经过四次不同入口速度的磨粒流加工后大孔处表面粗糙度Ra由1.24μm降至0.542μm,小孔处表面粗糙度Ra由1.21μm降至0.437μm。结论显示固液两相磨粒流加工技术可有效提高被加工喷嘴工件的内表面质量,加工时同一截面的速度存在速度差,速度差的存在利于涡旋的形成,涡旋的存在利于提高磨粒流加工过程的剪切作用,有助于获得高质量的喷嘴小孔内通道表面。 展开更多

关键词 大涡模拟 亚格子模型 磨粒流加工 喷嘴小孔 表面质量

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CuZn30微铣削表面完整性影响规律试验研究 被引量：2

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作者 李一全 袁帅帅 +3 位作者 许金凯 刘启蒙 侯永刚 翟昌太 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2020年第2期55-59,共5页

采用直径φ1的硬质合金铣刀对CuZn30合金进行单因素槽铣试验,研究加工表面完整性、顶毛刺和切屑随铣削参数的变化规律。通过试验得到以下结论:切削参数对加工表面完整性影响比较显著,其中表面粗糙度随主轴转速的增大而减小,随每齿进给... 采用直径φ1的硬质合金铣刀对CuZn30合金进行单因素槽铣试验,研究加工表面完整性、顶毛刺和切屑随铣削参数的变化规律。通过试验得到以下结论:切削参数对加工表面完整性影响比较显著,其中表面粗糙度随主轴转速的增大而减小,随每齿进给量增大而增大,切削深度对粗糙度影响不太显著。残余应力随着每齿进给量的增大有明显增大趋势,而主轴转速与切削深度对残余应力的影响不太显著。显微硬度随铣削参数变化没有显著的变化。顶毛刺主要受每齿进给量的影响,毛刺尺寸随着每齿进给量的增加先急速减小后趋于平稳,切屑形态主要受切削深度的影响,随着切削深度的增加,切屑由短小的碎屑逐渐变为平滑的连续卷曲切屑。 展开更多

关键词 表面完整性 表面形貌 微铣削 铣削参数

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微细正交切削过程原位观测中位移补偿方法

16

作者 张向辉 于化东 +3 位作者 许金凯 于占江 李一全 于浩洋 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期476-487,共12页

原位观测和数字图像相关(DIC)分析法逐步在金属切削加工过程的塑性变形分析中得到广泛应用,其测量分析过程直观准确,已经成为一种主要的材料变形分析手段。为了在金属微细正交切削原位显微成像分析时,既能获得大观测视野又能使位移场分... 原位观测和数字图像相关(DIC)分析法逐步在金属切削加工过程的塑性变形分析中得到广泛应用,其测量分析过程直观准确,已经成为一种主要的材料变形分析手段。为了在金属微细正交切削原位显微成像分析时,既能获得大观测视野又能使位移场分析结果清晰直观,本文提出改进型图像尺寸压缩匹配搜索算法对图像序列间的位移偏差进行检测补偿,将切削工况由工件做进给运动转化为刀具做进给运动。与归一化积相关匹配搜索算法进行对比验证,结果显示,所提出算法在大幅度提高执行效率的同时还具有很高的搜索精度。最后,在图像序列间选取两张图像进行位移偏差补偿以及变形区位移场DIC分析,结果显示本文补偿方法可以对工件进给运动和外界环境中振动引起的位移偏差进行有效补偿,使得变形区位移场分析结果中工件材料间的相对运动趋势更为直观。 展开更多

关键词 微细正交切削 DIC分析 数字图像模板匹配 位移补偿 图像处理

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微小刀具同轴全息对刀方法研究

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作者 张向辉 许金凯 +2 位作者 于占江 程亚亚 于化东 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2021年第6期41-47,共7页

针对现有对刀方法存在的各种不足,提出了一种微小刀具的同轴全息对刀方法。在对全息成像原理和全息图像关键问题进行研究与分析的基础上,搭建了一套微细铣刀的全息对刀检测装置,并利用标准刀具在五轴加工中心进行了微细铣刀的对刀测量... 针对现有对刀方法存在的各种不足,提出了一种微小刀具的同轴全息对刀方法。在对全息成像原理和全息图像关键问题进行研究与分析的基础上,搭建了一套微细铣刀的全息对刀检测装置,并利用标准刀具在五轴加工中心进行了微细铣刀的对刀测量试验。试验结果表明:该对刀装置能够高效地进行微细铣刀的对刀检测,系统相对检测精度达5.1μm。在相同检测条件下,与高精度机外预调仪的测量结果相比,接触式对刀仪的相对误差为0.033%,而全息对刀样机的相对误差为0.007%,后者更能有效地实现微小刀具的对刀检测。该结果验证了微小刀具的同轴全息对刀方法的可行性,即全息测量可用于微细铣刀的高精度对刀。 展开更多

关键词 微细铣刀 同轴全息 对刀方法 图像去噪 全息图重建

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微铣刀同轴全息图像增强方法 被引量：11

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作者 程亚亚 于化东 +2 位作者 于占江 许金凯 张向辉 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期705-712,共8页

数字同轴全息对刀技术中,再现像中的零级项和离焦共轭像会形成一个强而复杂的背景噪声作用在实像上,严重降低了再现像的质量。针对全息应用中的干扰像问题,提出了一种基于改进自蛇模型滤波的全息图像增强方法,改进后的自蛇模型令每次扩... 数字同轴全息对刀技术中,再现像中的零级项和离焦共轭像会形成一个强而复杂的背景噪声作用在实像上,严重降低了再现像的质量。针对全息应用中的干扰像问题,提出了一种基于改进自蛇模型滤波的全息图像增强方法,改进后的自蛇模型令每次扩散中只根据初始图像的梯度来选择扩散力度。实验结果表明,改进后的自蛇模型能够避免在扩散过程中由于受大梯度背景噪声影响而出现的“伪轮廓”和边缘锯齿化,弥补了自蛇模型在全息图像应用中的不足。此外,与相位恢复法和多重再现法去干扰像效果相比较,本文提出的改进自蛇模型滤波法不仅对干扰像有更好的抑制作用,还能够增强刀具边缘,有利于实现微铣刀的数字全息对刀。 展开更多

关键词 数字全息 共轭像 自蛇模型 图像去噪

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数字同轴全息对刀技术中微细铣刀的自动聚焦方法 被引量：2

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作者 孙艺洋 许金凯 +3 位作者 张向辉 程亚亚 于占江 于化东 《半导体光电》 CAS 北大核心 2021年第2期281-288,共8页

数字同轴全息对刀技术中微细铣刀全息再现像的自动聚焦是实现高精度自动对刀的关键技术,其中聚焦评价函数是判别图像质量的依据。通过比较几种常用的聚焦评价函数的评价性能,探讨了数字全息自动对焦过程中刀具的成像特点以及适用的聚焦... 数字同轴全息对刀技术中微细铣刀全息再现像的自动聚焦是实现高精度自动对刀的关键技术,其中聚焦评价函数是判别图像质量的依据。通过比较几种常用的聚焦评价函数的评价性能,探讨了数字全息自动对焦过程中刀具的成像特点以及适用的聚焦评价方法,发现小波变换聚焦评价函数能适应高精度聚焦的需要。针对自动调焦问题,提出一种分段递进搜索方法,将搜索过程分为两个过程:大步距粗调和小步距精调,分段搜索最优解。然后比较分析了所提搜索方法与经典的模拟退火算法和Levenberg-Marquardt算法的搜索性能。实验结果表明,所提分段递进搜索方法适用性更强,并通过计算机模拟实验进一步验证了其有效性。 展开更多

关键词 数字全息 自动聚焦 聚焦评价函数 微细铣刀 搜索算法

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微细铣刀位姿同轴全息重建方法 被引量：1

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作者 孙艺洋 许金凯 +3 位作者 于占江 张向辉 程亚亚 于化东 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期355-363,共9页

微细铣刀在主轴上存在装夹偏角时,会加剧刀刃磨损,降低刀具使用寿命。为了精确观测微细铣刀在机倾斜状态,提出了基于景深的微细铣刀三维位姿重建方法。利用激光同轴数字全息实验装置得到微细铣刀全息图,并通过菲涅尔再现算法获得再现像... 微细铣刀在主轴上存在装夹偏角时,会加剧刀刃磨损,降低刀具使用寿命。为了精确观测微细铣刀在机倾斜状态,提出了基于景深的微细铣刀三维位姿重建方法。利用激光同轴数字全息实验装置得到微细铣刀全息图,并通过菲涅尔再现算法获得再现像。在再现像中提取刀具边缘点作为关键点,采用小波变换局部方差算子求出关键点的聚焦程度,确定铣刀对应的轴向位置。利用最小二乘法对关键点拟合修正重建误差,实现微细铣刀的三维位姿重建。实验结果表明,基于景深的微细铣刀三维位姿重建方法获得的微细铣刀重建误差优于0.1°。该方法能够精确测量微细铣刀三维位姿,可为后续的微细铣刀装夹精度修正提供参考依据。 展开更多

关键词 数字全息 微细铣刀 聚焦评价算子 景深 三维重建

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