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CFRP/Ti叠层结构不分离超声辅助干式高效钻削研究（英文）

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2024年第4期 275-292页

作者：应恩泽周泽华耿大喜邵振宇孙哲飞刘逸航刘连星姜兴刚张德远北京航空航天大学机械工程与自动化学院北京晨晶电子有限公司航天时代飞鸿技术有限公司

目的：超声辅助钻孔（UAD）因其可以提高加工质量和刀具寿命的优点，被广泛应用于CFRP/Ti叠层的制孔加工中，然而其分离切削的特性限制了加工效率。本文针对CFRP/Ti叠层传统分离型UAD效率低的问题，开展在高进给率下刀具与工件连续切削... 详细信息

目的：超声辅助钻孔（UAD）因其可以提高加工质量和刀具寿命的优点，被广泛应用于CFRP/Ti叠层的制孔加工中，然而其分离切削的特性限制了加工效率。本文针对CFRP/Ti叠层传统分离型UAD效率低的问题，开展在高进给率下刀具与工件连续切削的不分离型UAD可行性实验，旨在保证加工质量的情况下，实现高效的超声振动辅助钻削加工。创新点：1.建立超声振动钻削的运动学模型，提出不分离型UAD的概念，打破传统UAD必须实现分离切削的观念，从而提高加工效率；2.进行一系列可行性实验，验证不分离型UAD在提高加工效率的情况下，仍可以产生比常规钻削更好的加工质量与刀具寿命。方法：1.从运动学角度分析超声振动钻削切削刃的运动轨迹，分析超声振动钻削的变角度和变速度切削特性，并研究不分离型分离超声振动钻削的刀具减粘和提升刀具切削能力的特性；2.开展一系列CFRP/Ti叠层的不分离型UAD可行性实验，验证该方法对加工质量（包括钻削推力、孔表面质量以及孔径精度等）的提升效果；3.研究不分离型超声振动钻削的刀具减粘和提升刀具切削能力的特性。结论：1.相比于常规钻削，不分离型UAD可以有效降低钻削推力；2.不分离型UAD可以有效提升孔表面质量与孔径精度；3.不分离型UAD可以有效减少刀具粘结，提升刀具寿命。

关键词： CFRP/Ti叠层超声辅助钻削切削力表面质量刀具磨损

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超声换能器过固有谐振区匹配理论

机械工程学报 2007年第3期43卷 182-186页

作者：姜兴刚张德远北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083

超声压电换能器是一个能量转换系统,在超声波振动加工中将超声波电源输出的电能转换为机械振动,由于超声压电换能器是一个容性负载,为保证超声电源输出的电能有效地转换为超声压电换能器的机械振动,需要在超声电源和超声压电换能器之间... 详细信息

超声压电换能器是一个能量转换系统,在超声波振动加工中将超声波电源输出的电能转换为机械振动,由于超声压电换能器是一个容性负载,为保证超声电源输出的电能有效地转换为超声压电换能器的机械振动,需要在超声电源和超声压电换能器之间加一个适当大小的电感进行匹配,但超声压电换能器又是一个强非线性时变系统,在不同的工作频率下其阻抗特性以及机械振动特性差别显著,因此如何将超声压电换能器匹配在一个恰当的工作频率,是提高振动加工质量的关键。通过正确选取超声压电换能器的等效电路模型,并对由此推导出的阻抗圆进行深入分析、研究,可以得出:如将换能器工作频率匹配在大于其内部固有谐振频率的某一频段,可以使换能器振幅最大,振动波形质量也最好,是换能器的最佳工作频段,从而提出超声压电换能器“过固有谐振区”匹配理论。试验结果证明该理论正确。

关键词：超声换能器过固有谐振区匹配

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高精度低频压电换能器电源的设计

压电与声光 2005年第6期27卷 634-636页

作者：姜兴刚张德远北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083

压电换能器的工作频率要求稳定,且能随负载变化而连续调节;其工作电压要求是平滑而稳定的正弦波。为此,研制了一种高精度的低频压电换能器电源。该电源将有效频带细分成几个子频段,利用可编程逻辑阵列和锁相环技术,对正弦波形进行多频... 详细信息

压电换能器的工作频率要求稳定,且能随负载变化而连续调节;其工作电压要求是平滑而稳定的正弦波。为此,研制了一种高精度的低频压电换能器电源。该电源将有效频带细分成几个子频段,利用可编程逻辑阵列和锁相环技术,对正弦波形进行多频段数字拟合,从而在整个有效频带内都能得到理想的正弦波。在功率输出级采用OCL互补对称功率放大电路,并对该功放电路增加电压负反馈,使得输出的正弦电压信号平滑而稳定。

关键词：可编程逻辑阵列锁相环数字拟合电压负反馈

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钛合金旋转超声辅助钻削的出口毛刺

北京航空航天大学学报 2017年第7期43卷 1380-1386页

作者：李哲张德远姜兴刚北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 北京航空航天大学先进加工技术研究中心北京100083

针对航空航天领域钛合金难加工材料采用普通麻花钻传统钻削过程中孔出口毛刺大、导致去毛刺困难及影响紧固件装配质量的问题,提出了一种基于新刃型刀具(八面钻)的钛合金旋转超声辅助钻削(RUAD)的新技术。分析了RUAD原理,采用文中所设计... 详细信息

针对航空航天领域钛合金难加工材料采用普通麻花钻传统钻削过程中孔出口毛刺大、导致去毛刺困难及影响紧固件装配质量的问题,提出了一种基于新刃型刀具(八面钻)的钛合金旋转超声辅助钻削(RUAD)的新技术。分析了RUAD原理,采用文中所设计的RUAD主轴结合CA6140车床平台、测力系统、测温系统、高速摄影系统以及非接触激光测量系统进行了钛合金RUAD制孔试验和孔出口毛刺研究,对比普通钻削(CD)分析了RUAD降低孔出口毛刺的机理,并建立了基于八面钻的CD和RUAD的毛刺形成模型。试验结果表明:相比于CD,RUAD明显降低钻削力、孔出口最高切削温度和毛刺高度,分别降低了16.79%~20.2%,18.54%~21.68%和82.27%~89.18%,极大降低了钛合金孔出口去毛刺的困难和制造成本,提高了生产进度。

关键词：钛合金旋转超声辅助钻削(RUAD) 八面钻钻削力出口毛刺

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基于硅藻微纳结构的生物制造

科学通报 2012年第30期57卷 2249-2263页

作者：张德远王瑜蔡军潘骏峰姜兴刚蒋永刚北京航空航天大学仿生与微纳生物制造技术研究中心北京100191

硅藻壳体(细胞壁)具有独特的微纳米结构,是一种新兴的生物功能材料.现有研究多直接利用硅藻壳体原有结构,使硅藻器件功能范围窄、结构规模单一.本文从制造角度介绍硅藻壳体的形体、材质特性与结构,结合最新研究报道论述对壳体进行结构... 详细信息

硅藻壳体(细胞壁)具有独特的微纳米结构,是一种新兴的生物功能材料.现有研究多直接利用硅藻壳体原有结构,使硅藻器件功能范围窄、结构规模单一.本文从制造角度介绍硅藻壳体的形体、材质特性与结构,结合最新研究报道论述对壳体进行结构提取与微加工、改质处理、与器件的装配连接、排列定位与组装的方法与技术可行性,目的是拓展壳体的功能,满足更多微器件的设计要求.最后以基于硅藻的生物检测器件和光敏染料太阳能电池为例,展示硅藻微器件应用的潜力,展望基于硅藻的生物制造技术发展.

关键词：硅藻生物二氧化硅仿生学组装微流体微纳制造微纳米器件

钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削切屑特征和刀具磨损研究

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机械工程学报 2019年第19期55卷 186-194页

作者：刘佳佳姜兴刚张德远北京航空航天大学机械工程及自动化学院

难加工材料钛合金在采用传统铣削方式时,随着切削速度的增加,切削力和切削温度都迅速增加,使得切削条件恶化并加速刀具磨损,从而导致刀具过早失效。将超声椭圆振动加工技术引入到高速铣削中,进行了钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削试... 详细信息

难加工材料钛合金在采用传统铣削方式时,随着切削速度的增加,切削力和切削温度都迅速增加,使得切削条件恶化并加速刀具磨损,从而导致刀具过早失效。将超声椭圆振动加工技术引入到高速铣削中,进行了钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削试验。从切屑特征以及刀具后刀面磨损两个方面研究了高速超声椭圆振动铣削参数匹配对钛合金加工的影响。首先基于高速超声椭圆振动铣削过程中刀具-工件的运动学特点推导出高速超声椭圆振动铣削加工参数与振动参数间的匹配关系,然后利用本实验室自行研制的超声椭圆振动铣削装置进行了不同参数匹配关系下的验证性切削试验。试验结果表明:合理的参数匹配使得超声椭圆振动铣削在高速条件下依然能够实现分离型断续切削加工。相比普通铣削加工,分离型的高速超声椭圆振动铣削能够获得更加微细的切屑,切削热能够被及时地带走;良好的切削条件使得刀具的后刀面磨损均匀而缓慢,从而延长刀具的使用寿命;高速超声椭圆振动铣削能够有效地提高生产效率。

关键词：超声椭圆振动铣削高速铣削钛合金切屑形成刀具磨损

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切深对椭圆超声振动切削机理的影响

航空学报 2017年第4期38卷 298-306页

作者：张翔宇张德远隋翯姜兴刚北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083

以椭圆超声振动切削为研究对象,通过理论分析,有限元仿真和切削实验,研究了切深变量对其切削过程中机理的影响。指出在微小的切深条件下,刀尖钝圆影响不可忽略,其切削过程表现出微细切削特性。一方面,基于微细切削理论,建立了正交椭圆... 详细信息

以椭圆超声振动切削为研究对象,通过理论分析,有限元仿真和切削实验,研究了切深变量对其切削过程中机理的影响。指出在微小的切深条件下,刀尖钝圆影响不可忽略,其切削过程表现出微细切削特性。一方面,基于微细切削理论,建立了正交椭圆超声振动切削运动学和力学模型,将切削区分为后刀面回弹区、刀尖犁切区、刀尖剪切区和前刀面摩擦区四个区域,并依次对四个区域内不同切深条件下各个切削分力进行计算分析。另一方面,对切削过程进行有限元仿真和切削实验。其结果表明:当切深小于最小切削厚度时,切削过程主要为刀具后刀面的回弹挤压与摩擦和刀尖钝圆的犁切作用,不产生切屑,切深抗力大于主切削力;当切深大于最小切削厚度并逐渐增大时,刀尖剪切和切屑与前刀面的挤压与摩擦作用逐渐凸显并成为主要切削方式,此时主切削力逐渐超过切深抗力并迅速增大。

关键词：椭圆超声振动切深刀尖钝圆微细切削最小切削厚度

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中草药添加剂在奶牛生产中的应用研究进展

现代畜牧科技 2024年第7期 61-63页

作者：刘文林秀蔚贾斌李红宇郭春晖黄萌王德香姜兴刚邵广阿晓辉陈国旺沈思思杨坤朱元芳赵文江黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院黑龙江齐齐哈尔161005

中草药含有丰富的营养物质和药用成分,均有促进营养物质的吸收、提高畜禽的免疫力、调节胃肠道的平衡、抗菌及抗氧化的特性。随着农业部门大力支持研发抗生素的替代产品,中草药具有耐药小、性价比高以及无药物残留等特点,可以作为替抗... 详细信息

中草药含有丰富的营养物质和药用成分,均有促进营养物质的吸收、提高畜禽的免疫力、调节胃肠道的平衡、抗菌及抗氧化的特性。随着农业部门大力支持研发抗生素的替代产品,中草药具有耐药小、性价比高以及无药物残留等特点,可以作为替抗产品使用。该文对中草药的生物学功能以及在奶牛生产上的应用进行综述,以期为以后相关研究提供参考。

关键词：中草药生物学特性生长性能

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高速超声椭圆振动铣削腹板表面质量研究

机械工程学报 2019年第7期55卷 249-256页

作者：高泽张德远李哲姜兴刚刘佳佳北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 北京航空航天大学先进加工技术研究中心北京100191

针对航空航天常用的钛合金机械加工特性差、加工质量低、效率差的问题,提出一种新的加工工艺,高速超声椭圆振动铣削工艺。它是一种刀尖在平面内按椭圆轨迹运动的超声频间歇性切削方法,能够有效地改善铣削质量且突破了常规超声振动加工... 详细信息

针对航空航天常用的钛合金机械加工特性差、加工质量低、效率差的问题,提出一种新的加工工艺,高速超声椭圆振动铣削工艺。它是一种刀尖在平面内按椭圆轨迹运动的超声频间歇性切削方法,能够有效地改善铣削质量且突破了常规超声振动加工对临界速度的限制。将高速超声振动铣削工艺引入航空常见薄壁零件结构,腹板的加工中。先分析该工艺微观分离原理,并设计试验验证该工艺在钛合金腹板加工中的效果。结果显示:高速超声振动铣削工艺相比于普通铣削的加工方式在已加工表面让刀量及表面粗糙度值两方面均有稳定提升。粗糙度降幅约10%-40%,让刀量降幅50%左右。

关键词：高速超声铣削椭圆振动钛合金薄壁腹板表面质量