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微磨料气射流加工技术研究现状与展望

航空制造技术 2024年第5期67卷 14-26页

作者：张桂冠赵玉刚赵国勇高跃武孟建兵孙玉利左敦稳山东理工大学先进制造研究院淄博255049 山东理工大学机械工程学院淄博255049 南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室南京210016

微磨料射流加工技术是一种基于高能流体的磨粒冲蚀磨损加工技术,已广泛应用于难加工材料、复杂三维型面、光滑表面的加工。为进一步提高磨料射流加工过程中的精准控形控性能力,国内外学者开展了诸多基础加工理论与工艺探索等方面的研究... 详细信息

微磨料射流加工技术是一种基于高能流体的磨粒冲蚀磨损加工技术,已广泛应用于难加工材料、复杂三维型面、光滑表面的加工。为进一步提高磨料射流加工过程中的精准控形控性能力,国内外学者开展了诸多基础加工理论与工艺探索等方面的研究工作。本文在概述磨料射流加工技术发展的基础上,全面总结了国内外学者在微磨料气射流加工(MAJM)技术中的微磨料气射流束发散效应及其抑制策略、材料力学性能对材料冲蚀去除模式的影响、材料冲蚀加工过程磨料嵌入抑制策略、微结构冲蚀加工几何特征等方面的主要研究成果,并对微磨料射流加工技术的难点与发展趋势进行了展望。

关键词：微磨料气射流加工(MAJM)技术材料冲蚀去除机理微结构几何特征磨料磨料嵌入难加工材料

液氮射流冲击冷却聚二甲基硅氧烷的温度场仿真和实验研究

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中国机械工程 2022年第18期33卷 2161-2171页

作者：刘旭孙玉利张桂冠钱炳坤高航左敦稳南京航空航天大学机电学院南京210016 大连理工大学机械工程学院大连116024

为探究低温微磨料气射流加工聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流道过程中PDMS试样受液氮射流冲击冷却的温度变化和分布,提出了测温实验Beck反求算法拟合APDL温度场仿真的系统研究方法,仿真结果与测温结果的误差仅1.735%。仿真发现,表面到达明显... 详细信息

为探究低温微磨料气射流加工聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流道过程中PDMS试样受液氮射流冲击冷却的温度变化和分布,提出了测温实验Beck反求算法拟合APDL温度场仿真的系统研究方法,仿真结果与测温结果的误差仅1.735%。仿真发现,表面到达明显脆化温度-147℃需要5.747 s,说明PDMS无法在接触液氮的瞬间就达到可加工的脆化状态,有必要重视加工前的预冷却时间;又通过仿真数据拟合了PDMS冷却至-147℃的冷却速度,以冷却速度为参考预测了实际加工中所需的预冷却时间。对比冷却速度发现,距PDMS试样表面0~100μm深度范围内的冷却速度比0~1500μm深度范围内冷却速度快22.054%,PDMS试样放置在铝合金工作台上的冷却速度比绝热工作台上快22.311%。

关键词：聚二甲基硅氧烷(PDMS) 低温微磨料气射流 Beck反算法 APDL温度场仿真

低温微磨料气射流加工PDMS传热仿真及实验研究

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南京航空航天大学学报 2022年第1期54卷 163-171页

作者：钱炳坤孙玉利张桂冠刘旭高航左敦稳南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室南京210016 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024

由于在常温下聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)是一种高弹性材料而非硬脆材料,此时利用微磨料气射流对其进行加工,加工效率很低,甚至为零,而且还会有大量的磨料颗粒嵌入PDMS表面中。当PDMS冷却不完全,即处于高弹态和玻璃态之... 详细信息

由于在常温下聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)是一种高弹性材料而非硬脆材料,此时利用微磨料气射流对其进行加工,加工效率很低,甚至为零,而且还会有大量的磨料颗粒嵌入PDMS表面中。当PDMS冷却不完全,即处于高弹态和玻璃态之间的过渡状态时,利用低温微磨料气射流加工PDMS仍然会发生很严重的磨料嵌入现象,致使加工效果较差。针对这一问题,本文利用ANSYSFluent软件对PDMS进行传热仿真分析来获得PDMS内部温度的变化情况,从而能够计算得到在PDMS深度方向上的冷却速率,同时利用与传热仿真分析过程中完全相同的工艺参数在PDMS表面上加工微孔,计算出在PDMS深度方向上的最大平均冲蚀加工速率,最终发现冷却速率远大于冲蚀加工速率。根据传热仿真的分析结果,通过开展单因素实验探究进给速度v、加工距离D、冲蚀角度α以及加工压强p对PDMS加工性能的影响规律,为后续进行更深入的研究提供重要参考依据。

关键词：聚二甲基硅氧烷低温微磨料气射流传热仿真加工性能

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微磨料气射流加工技术研究现状与展望

航空制造技术 2023年

作者：张桂冠赵玉刚赵国勇高跃武孟建兵孙玉利左敦稳山东理工大学机械工程学院南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室山东理工大学先进制造研究院

微磨料射流加工技术是一种基于高能流体的磨粒冲蚀磨损加工技术，已广泛应用于难加工材料、复杂三维型面、光滑表面的加工。为进一步提高磨料射流加工过程中的精准控形控性能力，国内外学者开展了诸多基础加工理论与工艺探索等方面的研... 详细信息

微磨料射流加工技术是一种基于高能流体的磨粒冲蚀磨损加工技术，已广泛应用于难加工材料、复杂三维型面、光滑表面的加工。为进一步提高磨料射流加工过程中的精准控形控性能力，国内外学者开展了诸多基础加工理论与工艺探索等方面的研究工作。本文在概述磨料射流加工技术发展的基础上，全面总结了国内外学者在微磨料气射流加工（MAJM）技术中的微磨料气射流束发散效应及其抑制策略、材料力学性能对材料冲蚀去除模式的影响、材料冲蚀加工过程磨料嵌入抑制策略、微结构冲蚀加工几何特征等方面的主要研究成果，并对微磨料射流加工技术的难点与发展趋势进行了展望。

关键词：微磨料气射流加工(MAJM)技术材料冲蚀去除机理微结构几何特征磨料磨料嵌入难加工材料

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钛合金加工表面完整性的研究现状与展望

航空制造技术 2022年第4期65卷 36-55,79页

作者：张桂冠孙玉利范武林王燎原杨范轩盛一卢文壮左敦稳南京航空航天大学南京210016 南京星合精密智能制造研究院有限公司南京211106

钛合金作为航空发动机等高端装备零部件的关键材料,具有良好的高比强度、优异的抗腐蚀性与超强的断裂韧性与疲劳性能。作为典型的航空难加工材料,钛合金在制造过程中引起的表面完整性对其服役性能与可靠性有着至关重要的影响。为此,从... 详细信息

钛合金作为航空发动机等高端装备零部件的关键材料,具有良好的高比强度、优异的抗腐蚀性与超强的断裂韧性与疲劳性能。作为典型的航空难加工材料,钛合金在制造过程中引起的表面完整性对其服役性能与可靠性有着至关重要的影响。为此,从切削加工、磨削加工、复合加工与特种加工4个工艺角度对钛合金制造过程中表面完整性的研究现状进行详细阐述。最后,分析了现有加工技术存在的一些不足以及未来的研究方向。

关键词：航空发动机难加工材料钛合金表面完整性服役性能

液氮射流冲击冷却PDMS的温度场仿真和实验研究

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中国机械工程 2021年

作者：刘旭孙玉利张桂冠钱炳坤高航左敦稳南京航空航天大学机电学院大连理工大学机械工程学院

聚二甲基硅氧烷（PDMS）在低温加工中的冷却状态直接影响着加工效果，为探究低温微磨料气射流加工PDMS微流道过程中PDMS试样受液氮射流冲击冷却的温度变化和分布，文中提出了测温实验-Beck反算法拟合-APDL温度场仿真的系统研究方法，最...

聚二甲基硅氧烷（PDMS）在低温加工中的冷却状态直接影响着加工效果，为探究低温微磨料气射流加工PDMS微流道过程中PDMS试样受液氮射流冲击冷却的温度变化和分布，文中提出了测温实验-Beck反算法拟合-APDL温度场仿真的系统研究方法，最终仿真结果的误差仅有1.735%。仿真发现，表面到达明显脆化温度-147 ℃需要5.747 s，说明有必要重视加工前的预冷却时间，又通过仿真数据拟合了PDMS冷却至-147 ℃的冷却速度，以冷却速度为参考预测了实际加工中所需的预冷却时间。对比冷却速度发现，距PDMS试样表面0 - 100 μm深度范围内的冷却速度比0 - 1500 μm深度范围内快22.054%，PDMS试样放置在铝合金工作台上的冷却速度比绝热工作台快22.311%。

关键词：

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气-固两相流雾化喷嘴的磨损分析

表面技术 2017年第9期46卷 121-126页

作者：张桂冠赵玉刚高跃武刘波孙义山东理工大学精密制造与特种加工山东省重点实验室山东淄博255049

目的为了解决雾化法磁性磨料制备过程中,雾化喷嘴容易发生冲蚀磨损而无法形成有效流场的问题,分析雾化喷嘴的冲蚀磨损机理,为雾化喷嘴的设计提供理论依据。方法选用Al2O3硬质磨料颗粒、Si C材料的喷嘴,运用理论分析与计算机模拟(CFD)相... 详细信息

目的为了解决雾化法磁性磨料制备过程中,雾化喷嘴容易发生冲蚀磨损而无法形成有效流场的问题,分析雾化喷嘴的冲蚀磨损机理,为雾化喷嘴的设计提供理论依据。方法选用Al2O3硬质磨料颗粒、Si C材料的喷嘴,运用理论分析与计算机模拟(CFD)相结合的方法,探究雾化喷涂冲蚀磨损的机理,并研究雾化压力与最大冲蚀磨损率的关系。结果运用理论分析,得出了雾化喷嘴的冲蚀磨损形式为脆性断裂与微切削两种。运用CFD计算机模拟分析,得出了雾化喷嘴的冲蚀磨损分布图,其冲蚀磨损率随着雾化压力的增加而增加。当雾化压力为3 MPa时,雾化喷嘴的最大冲蚀磨损率达到了5.3×10-7 kg/(m2·s);当雾化压力为5 MPa时,雾化喷嘴的最大冲蚀磨损率达到了1.3×10-6 kg/(m2·s),较3 MPa时增加了59%。结论可以采取将硬质磨料注入与雾化工序分离的方法来改进雾化喷嘴的结构,从而减少在制备磁性磨料过程中硬质磨料颗粒对雾化喷嘴内壁的冲蚀磨损。

关键词：雾化法气-固两相流雾化喷嘴冲蚀磨损数值模拟磁性磨料

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低温微磨料气射流加工微流道专用机床

南京航空航天大学学报 2021年第1期53卷 93-100页

针对目前低温微磨料气射流加工用简易实验装置中存在的问题,研制了低温微磨料气射流加工微流道专用机床。该机床主要由微磨料气射流发生部分、冷却部分、加工部分、磨料回收部分及其控制系统部分组成。首先对机床进行整体设计,保证其具... 详细信息

针对目前低温微磨料气射流加工用简易实验装置中存在的问题,研制了低温微磨料气射流加工微流道专用机床。该机床主要由微磨料气射流发生部分、冷却部分、加工部分、磨料回收部分及其控制系统部分组成。首先对机床进行整体设计,保证其具有合理的布局和稳定的结构;其次针对机床的核心部件冷却器进行总体设计、理论计算与仿真分析,并开展测温实验验证设计的合理性,使用PLC控制器和液氮液位监测仪实现冷却器的自动控温;最后设计了四维移动平台,并通过人机交互界面对其进行编程控制。验证实验表明,该机床在低温下可实现对聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)材料的有效冲蚀去除,且加工效果明显好于常温下的加工效果,能够满足微流控芯片的多元化应用需求。

关键词：低温微磨料气射流加工专用机床冷却器自动控温聚二甲基硅氧烷

双级雾化快凝磁性磨料制备工艺系统的研制（英文）

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机床与液压 2018年第6期46卷 170-176页

作者：张桂冠赵玉刚高跃武张桂香山东理工大学先进制造研究院山东淄博255049

为了获得混粉雾化快凝中的工艺参数,制备性能优良的球形磁性磨料,提高制备工艺系统的稳定性。通过对雾化快凝工艺的分析,设计了双级雾化器、设计了气力送混粉装置与控制系统、设计了雾化水冷室的结构与冷却供水系统。通过FLUENT流体分... 详细信息

为了获得混粉雾化快凝中的工艺参数,制备性能优良的球形磁性磨料,提高制备工艺系统的稳定性。通过对雾化快凝工艺的分析,设计了双级雾化器、设计了气力送混粉装置与控制系统、设计了雾化水冷室的结构与冷却供水系统。通过FLUENT流体分析软件,对双级雾化器在不同压力配比下的数值分析,模拟出在上级雾化压力为1.2MPa、下级雾化压力为2.5MPa时得到均匀的速度流场,保证雾化过程的持续性。在现有设计的基础上,通过实验验证了上述设备与工艺参数准确性,制备出了陶瓷硬质磨料颗粒牢固地镶嵌在铁基体表层的球形磁性磨料。

关键词：雾化法快凝法气固两相流磁性磨料 FLUENT 控制系统