收藏本站
《上海交通大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

硬脆非金属材料微结构微细加工关键技术研究

王丹  
【摘要】:硬脆非金属材料的微细加工一直是机械加工中的难点。微晶云母陶瓷(Microcrystalline-mica-ceramic,简称MCMC)和聚晶金刚石( Polycrystalline Diamond,简称PCD)是比较典型并有广泛应用前景的硬脆非金属材料。以微晶云母陶瓷为代表的陶瓷材料具有优异的绝缘性、耐高温和低热导率等特性,其热导率不到硅材料的十分之一,如用作微小推力器燃烧室和喷管材料,可极大地降低推力器系统的热损失。以聚晶金刚石为代表的超硬材料具有均匀的高硬度、高耐磨性和强抗腐蚀性等优良特性,非常适用于微孔零件,在航空航天、汽车和电子行业中有广泛应用前景。本文采用微细超声加工(Micro Ultrasonic Machining,简称micro-USM)和微细电火花加工(Micro Electrical Discharge Machining,简称micro-EDM)技术,分别针对微晶云母陶瓷和聚晶金刚石的微细加工展开研究。 采用块电极电火花磨削(Block Electrode Discharge Grinding,简称BEDG)和刃口电极电火花磨削(Edge Electrode Discharge Grinding,简称EEDG)方法对微细电火花加工和微细超声加工工具的在线制备技术进行研究。在BEDG研究中,提出采用带有斜面的不规则块电极进行反拷式加工的方法,并将此方法作为具有锥形轮廓的回转体粗加工工艺,以提高特殊形貌微细回转体加工速度。在EEDG研究中,采用数控加工技术规划工具进给轨迹,结合工具电极损耗补偿方法,灵活精确地制备出具有不同三维轮廓的回转体。 以微晶云母陶瓷材料为例,解决微型拉瓦尔喷管加工中的关键技术问题。采用BEDG和EEDG相结合的方法,快速精确地在线制备出微细超声加工工具。采用正交实验方法研究加工工艺参数对微细超声加工中工具体积损耗率的影响,并优化加工工艺参数。通过研究超声加工工作液中磨粒的流动特点,提出在微型拉瓦尔喷管加工过程中优先加工预通孔的必要性,并在微晶云母陶瓷材料上加工出喉部直径为170μm的微型拉法瓦喷管。 在分析了PCD材料的物理特性对其微细电火花加工性能影响的基础上,进行了PCD材料微细电火花加工的工艺实验研究。实验结果表明由于工具上吸附的附着物的保护作用,采用工件接负极的加工更适用于PCD材料的微细电火花加工。在工件接负极的加工中,只有当工具上吸附有适量的附着物时,附着物的保护作用比较明显,即可有效地提高材料去除率( Material Removal Rate,简称MRR)又可降低工具电极相对损耗率(Relative Tool Wear Ratio,简称TWR)。相反,如果工具电极上吸附有过量的附着物,则会使加工陷入低MRR和高TWR的恶性循环,并会加工出孔径过大的微孔。根据实验结果找出较优的加工参数范围,并采用一组优化的加工参数,成功地加工出直径为145μm且深650μm的微细通孔。 在PCD材料微细电火花加工工艺研究的基础上,通过在工件上添加超声振动,可进一步提高PCD材料微细电火花加工性能。对工作液空化泡闭合过程以及工作液质点运动过程进行了力学计算。在不同加工参数下进行了PCD材料超声辅助电火花微孔加工实验。实验研究表明超声振动作用改善了加工过程中的放电状态,缩短了拉弧持续时间,提高了放电频率;超声振动会减少工具电极上吸附的附着物,对加工产生正、负两方面影响,因此在PCD超声振动辅助电火花加工中选择合适的超声振幅(2μm) ,可以使适用于PCD材料的微细电火花加工参数范围扩大,并提高加工性能和加工表面质量。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG661

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈旭鹏,李勇,周兆英;微小型化学能推进器的研究[J];微纳电子技术;2003年Z1期
2 明平美,胡洋洋,朱健;微细电火花加工MEMS器件技术关键分析[J];微纳电子技术;2005年04期
3 王振龙栾,英艳,赵万生,张晓东;微细电火花加工中的电极在线制作与检测[J];电加工与模具;2000年03期
4 杨晓辉,增泽隆久;采用工件加振方式的微细超声加工特性的研究[J];电加工与模具;2000年03期
5 王振龙 ,孟庆鑫 ,赵万生 ,狄士春;分层去除微细电火花铣削技术的实验研究[J];电加工与模具;2002年04期
6 赵万生,李文卓,王振龙;高精度微细电火花加工系统的研制[J];电加工与模具;2004年01期
7 贾宝贤,王振龙,赵万生;用块电极轴向进给法电火花磨削微细轴[J];电加工与模具;2004年03期
8 邹丽芸,张院春,彭良强,黄军容,伊福廷,张菊芳,韩勇;基于LIGA技术的微细电火花加工优化研究[J];电加工与模具;2004年S1期
9 曹凤国,张勤俭;超声加工技术的研究现状及其发展趋势[J];电加工与模具;2005年S1期
10 郭永丰;白基成;刘海生;刘晋春;毛利尚武;福泽康;;绝缘陶瓷电火花磨削加工的研究[J];电加工与模具;2006年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 卢学军;贾云海;冯利斌;李建钢;赵占海;;放电参数对PCD表层材料微观结构影响的实验研究[A];第13届全国特种加工学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 明平美;UV-LIGA-微细电火花加工组合制造技术基础研究[D];南京航空航天大学;2006年
2 胡玉景;超声振动—磨削—脉冲放电复合加工技术及其智能控制的研究[D];山东大学;2006年
3 岑继文;新型高效微推进技术研究[D];中国科学技术大学;2008年
4 崔景芝;微细电火花加工的基本规律及其仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
5 郭锐;基于Linux的微细电火花加工数控系统及其相关关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
6 李刚;基于直线电机的微细电火花加工系统及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
7 冯莉;基于灰色理论的金刚石木工刀具电火花磨削工艺参数研究[D];东北林业大学;2008年
8 曾伟梁;微细阵列电极阵列孔的组合电加工关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
9 禇旭阳;微细电火花集成加工技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 疏达;赵雪松;孙际超;方敏;;基于正交试验法优化电火花线切割加工参数的研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年03期
2 许丽璇;;普洱茶中黄酮类化合物提取方法和抗氧化性初步研究[J];安徽农业科学;2009年30期
3 杨海威;朱卫兵;赵阳;;拉伐尔型微喷管流场的三维模拟[J];半导体技术;2009年10期
4 孙长敬,褚家如;基于MEMS技术的微流体混合器及相关技术[J];微纳电子技术;2004年05期
5 明平美;胡洋洋;曾永彬;;金属Micro/Meso结构器件制造技术[J];微纳电子技术;2006年06期
6 明平美;朱荻;胡洋洋;曾永彬;;辅助交变低气压-温度梯度微细电铸技术[J];兵工学报;2008年06期
7 崔晶;李勇;熊英;;一种高深宽比微细槽的电火花加工工艺[J];北京工业大学学报;2010年03期
8 覃文洁;胡春光;郭良平;左正兴;;近壁面网格尺寸对湍流计算的影响[J];北京理工大学学报;2006年05期
9 李静,姜曼松;DPIV对圆柱绕流的研究及运动参考坐标系的转换[J];船舶;2004年02期
10 王波;梁迎春;孙雅洲;谭亚明;;带三维结构的惯性MEMS器件的微细铣削加工[J];传感技术学报;2006年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 贾文利;曹伟;;比热非常值对高超声速平板边界层稳定性的影响[A];力学与工程应用(第十三卷)[C];2010年
2 秦淑颖;闫联生;崔红;刘建超;;C_f/SiC陶瓷基复合材料在航天领域的研究与应用[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
3 魏星;;面向先进性材料的超声加工技术[A];2008年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集[C];2008年
4 韩家德;于延民;;工程流体力学教学内容与教学方法探讨——哈尔滨理工大学高教科研课题[A];高教科研2006(下册:专题研究)[C];2006年
5 孟冬;李寒松;曾永彬;刘勇;;基于ECM-OPEG微细球状电极制备研究[A];2010年“航空航天先进制造技术”学术交流论文集[C];2010年
6 谢岩甫;刘壮;陈伟;;倒锥微细电极的制备及应用研究[A];2010年“航空航天先进制造技术”学术交流论文集[C];2010年
7 王振东;;孤立波与孤立子[A];第二届全国力学史与方法论学术研讨会论文集[C];2005年
8 李勇;李芳;郑云飞;周骋;;微细电火花加工技术的进展状况[A];2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
9 戴向国;傅水根;王先逵;;新型旋转超声加工机床的研究[A];2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
10 彭良强;伊福廷;张菊芳;韩勇;邹丽芸;张院春;;细长型电火花工具电极的制作研究[A];第十届全国特种加工学术会议论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邹华志;河网、河口及海岸整体联解数值模式及其在珠江口咸潮上溯研究的应用[D];中国海洋大学;2010年
2 赵明利;多频率超声辅助磨削纳米氧化锆陶瓷表面/亚表面损伤机理研究[D];河南理工大学;2010年
3 张彬;高压旋喷气液同轴喷嘴射流流场理论与试验研究[D];中国地质大学(北京);2011年
4 范黎明;贯通式潜孔锤钻头反循环机理研究及结构优化[D];吉林大学;2011年
5 秦娜;旋转超声波磨削制孔的切削力建模与试验研究[D];大连理工大学;2011年
6 黄金堂;基于激光干涉技术的微纳结构制造研究[D];中国科学技术大学;2011年
7 张向慧;旋转超声加工振动系统设计及关键技术的研究[D];北京林业大学;2011年
8 程秀花;温室环境因子时空分布CFD模型构建及预测分析研究[D];江苏大学;2011年
9 沈学会;超声振动辅助铣削加工技术及机理研究[D];山东大学;2011年
10 董春杰;超声振动辅助电火花放电表面强化技术及机理研究[D];山东大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 甘雪萍,戴曦,张传福;超声空化及其在电化学中的应用[J];四川有色金属;2001年03期
2 袁根福;激光加工技术的应用与发展现状[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年01期
3 袁明权;硅基微机械加工技术[J];半导体技术;2001年08期
4 关荣锋,汪学方,甘志银,王志勇,刘胜,张鸿海,黄德修;MEMS封装技术及标准工艺研究[J];半导体技术;2005年01期
5 严雪萍;成立;韩庆福;张慧;李俊;刘德林;徐志春;;MEMS器件的封装材料与封装工艺[J];半导体技术;2006年12期
6 陈德鹅;吴志明;李伟;王军;袁凯;蒋亚东;;图形反转工艺用于金属层剥离的研究[J];半导体技术;2009年06期
7 刘景全,蔡炳初,陈迪,朱军,赵小林,杨春生;SU-8胶及其在MEMS中的应用[J];微纳电子技术;2003年Z1期
8 张鹏,刘刚,田扬超;Ni和Ni-PTFE自润滑模具的脱模研究[J];微纳电子技术;2003年Z1期
9 陈四海,陈明祥,易新建,刘胜,张鸿海,黄竹邻,汪学芳,王志勇;MEMS圆片级气密封装微加热器阵列的设计和工艺研究[J];微纳电子技术;2003年Z1期
10 唐飞,叶雄英,周兆英;一种基于间接标靶法的微小推力测量技术[J];微纳电子技术;2003年Z1期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 刘顺福;吕战竹;赵福令;;聚晶金刚石的电火花磨削[A];特种加工技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
2 朱永伟;王占和;赵旸;范仲俊;云乃彰;;电解复合超声频振动微细加工装置与试验研究[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王同敏;金属凝固过程微观模拟研究[D];大连理工大学;2000年
2 谷安;四轴电火花数控系统的开发及研究[D];南京航空航天大学;2002年
3 文敦伟;面向多智能体和神经网络的智能控制研究[D];中南大学;2001年
4 赵伟;电火花加工中电极蚀除及其理论基础的研究[D];西北工业大学;2003年
5 倪晓昌;飞秒激光微精细加工理论与实验研究[D];天津大学;2004年
6 徐惠宇;微细电解加工系统及其相关工艺的研究[D];南京航空航天大学;2005年
7 王恒;开放结构控制器的研究及其在活塞加工中的应用[D];山东大学;2003年
8 明平美;UV-LIGA-微细电火花加工组合制造技术基础研究[D];南京航空航天大学;2006年
9 胡玉景;超声振动—磨削—脉冲放电复合加工技术及其智能控制的研究[D];山东大学;2006年
10 蔡建;激光微推进的原理和应用研究[D];中国科学技术大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李勇,王显军,郭,周兆英,严晓敏,胡敏;微细电火花加工关键技术研究[J];清华大学学报(自然科学版);1999年08期
2 张勇,王振龙,胡富强,贾宝贤,李志勇,赵万生;微细电火花加工中微细电极的制作与检测技术研究[J];制造技术与机床;2004年08期
3 林海波;黄小良;杨国哲;;三维微细电火花加工伺服控制系统设计及实验研究[J];机械设计与制造;2010年05期
4 李勇,郭旻,李芳,周骋,郑云飞;微细电火花加工设备技术研究[J];制造技术与机床;2002年05期
5 刘广民;张勇斌;郭维强;吉方;;基于CPLD的多模式微能脉冲电源设计[J];电加工与模具;2007年02期
6 王克锡;;电火花微孔加工技术的新发展(下)[J];金属加工(冷加工);2009年23期
7 赵万生;韦红雨;刘维东;狄士春;;横轴布局微细电火花加工机床[J];金属成形工艺;1996年05期
8 彭良强;基于LIGA技术的微细电火花加工[J];机械工人.冷加工;2004年01期
9 李文卓,赵万生,于云霞;微细电火花加工的关键技术分析[J];石油大学学报(自然科学版);2002年03期
10 张勇,王振龙,胡富强,赵万生;微细电火花加工装置的设计与应用[J];微细加工技术;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 付秀琢;张勤河;张亚;张建华;;压电自适应微细电火花加工技术研究[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
2 王玉魁;费翔;迟关心;王振龙;单德彬;;微冲压模具冲模的微细电火花加工方法[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
3 迟关心;耿雪松;王玉魁;王振龙;;微细电火花加工模糊抬刀控制系统的设计及实验研究[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
4 郭美刚;肖鹿;吕忠伟;李剑中;余祖元;;单晶金属不同晶向对微细电火花加工的影响[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
5 李勇;李芳;郑云飞;周骋;;微细电火花加工技术的进展状况[A];特种加工技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
6 赵万生;王振龙;;微细电火花加工技术的进展[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
7 赵万生;王振龙;;微制造系统中的特种加工技术[A];全球化、信息化、绿色化提升中国制造业——2003年中国机械工程学会年会论文集(微纳制造技术应用专题)[C];2003年
8 张余升;李剑中;栾纪杰;虞慧岚;余祖元;;加工力对微细孔电火花加工的影响研究[A];第13届全国特种加工学术会议论文集[C];2009年
9 赵万生;顾琳;郭锐;李刚;;微细电加工的最新发展与应用前景[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
10 赵万生;顾琳;郭锐;李刚;;微细电加工的最新发展与应用前景[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王丹;硬脆非金属材料微结构微细加工关键技术研究[D];上海交通大学;2011年
2 付秀琢;压电自适应微细电火花加工技术及机理研究[D];山东大学;2012年
3 王庆祎;多功能微型机床及其加工技术的研究[D];天津大学;2010年
4 周明;微细电火花加工放电状态辨识与预测的理论和方法[D];大连理工大学;2006年
5 明平美;UV-LIGA-微细电火花加工组合制造技术基础研究[D];南京航空航天大学;2006年
6 郭锐;基于Linux的微细电火花加工数控系统及其相关关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
7 董颖怀;一种微型涡轮发动机的关键结构及其制造技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
8 崔景芝;微细电火花加工的基本规律及其仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
9 曾伟梁;微细阵列电极阵列孔的组合电加工关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
10 李茂盛;五轴联动电火花加工机床及其复杂电极预装系统的研制[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘泽超;微细电火花加工装置机械设计及电控柜温度场仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 包广华;压电自适应微细电火花加工工艺研究[D];山东大学;2011年
3 朱玉杰;压电自适应微细电火花加工系统研究[D];山东大学;2011年
4 王学志;静电感应微细电火花加工放电特性与伺服控制研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 郭美刚;材料微结构对微细电火花加工性能影响研究[D];大连理工大学;2012年
6 沈飞虎;材料微观结构对电火花微细加工的影响研究[D];大连理工大学;2010年
7 王学君;微细电火花加工表面的摩擦学特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 范道伟;微细电火花加工放电状态检测研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 李安超;微细电火花加工伺服运动预测与控制方法研究[D];大连理工大学;2012年
10 吴赵兵;基于静电感应的微细电火花线切割加工技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026