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PTFE覆铜板槽孔飞秒激光加工质量预测模型研究

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机械科学与技术 2024年

作者：徐向前欧卓东孙勇余举满王成勇郑李娟广东工业大学机电工程学院高性能工具全国重点实验室

高频聚四氟乙烯（PTFE）覆铜板广泛应用于高性能服务器、5G/6G通讯等电子系统，其槽孔质量将影响电子产品的可靠性。但激光加工槽孔经常存在孔型差、热影响区严重等质量问题。本文采用红外飞秒激光加工PTFE覆铜板槽孔，利用飞秒激光加... 详细信息

高频聚四氟乙烯（PTFE）覆铜板广泛应用于高性能服务器、5G/6G通讯等电子系统，其槽孔质量将影响电子产品的可靠性。但激光加工槽孔经常存在孔型差、热影响区严重等质量问题。本文采用红外飞秒激光加工PTFE覆铜板槽孔，利用飞秒激光加工实验的槽孔质量实验数据，建立槽孔质量预测模型，并通过实验验证预测模型的准确率。研究结果表明，建立的BP人工神经网络槽孔宽度预测模型决定系数R2为0.98，模型可靠性高；随机选择加工参数进行质量预测并与实验结果反复对比结果为槽孔宽度预测偏差为1.22%、深度预测偏差为9.86%，锥度预测偏差为10%，热影响区宽度预测偏差为6.9%；优化后飞秒激光加工覆铜板槽孔的加工质量参数值预测偏差在5%以内。因此模型的质量预测准确率较高，可用于指导实际生产。

关键词： PTFE覆铜板槽孔飞秒激光加工质量预测模型

脉冲激光加工微细钻铣刀具研究现状及其发展趋势

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工具技术 2024年第7期58卷 12-23页

作者：满吉鑫陈俊璋余举满孙勇王成勇郑李娟广东工业大学机电工程学院高性能工具全国重点实验室

微细钻铣刀具是微纳加工的重要工具,广泛应用于航空航天、3C电子产品、新能源汽车和医疗器械等高端装备关键零部件的微细加工。本文对比了多种微细钻铣刀具制造方法的优缺点发现,采用脉冲激光加工技术制造微细钻铣刀具具有良好的加工能... 详细信息

微细钻铣刀具是微纳加工的重要工具,广泛应用于航空航天、3C电子产品、新能源汽车和医疗器械等高端装备关键零部件的微细加工。本文对比了多种微细钻铣刀具制造方法的优缺点发现,采用脉冲激光加工技术制造微细钻铣刀具具有良好的加工能力和适用范围;探讨了脉冲激光制造微细刀具的加工机理和加工工艺等的研究现状,提出了脉冲激光加工微细钻铣刀具的应用前景和发展趋势。

关键词：微细钻铣刀具刀具制造技术脉冲激光加工研究现状发展趋势

石墨烯纳米孔传感器制造与单分子过孔形态检测

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机械工程学报 2022年第5期58卷 190-197页

作者：袁志山戴敏郑李娟王成勇广东工业大学广东省微创手术器械设计与精密制造重点实验室广州510006 广东工业大学机电工程学院广州510006

石墨烯是已知最薄的二维材料,其厚度仅为0.335 nm。与传统固态纳米孔相比,石墨烯纳米孔传感器具有极高的检测分辨率。通过MEMS工艺与二维材料湿法转移工艺组合制造出石墨烯薄膜芯片。其中,使用Raman和氦离子显微镜成像判别转移后石墨烯... 详细信息

石墨烯是已知最薄的二维材料,其厚度仅为0.335 nm。与传统固态纳米孔相比,石墨烯纳米孔传感器具有极高的检测分辨率。通过MEMS工艺与二维材料湿法转移工艺组合制造出石墨烯薄膜芯片。其中,使用Raman和氦离子显微镜成像判别转移后石墨烯质量。随后,采用氦离子束刻蚀技术在单层石墨烯薄膜上制造出直径为20 nm的石墨烯纳米孔。测量出石墨烯纳米孔传感器电流-电压关系,与经典纳米孔电导理论符合。本论文研究表明单层石墨烯纳米孔传感器检测可检测出牛血清蛋白(Bovine serum albumin, BSA)水平,垂直和旋转三种过孔形态,阻塞电流值分别为1200 pA, 150 A, 650 pA。同时也辨识出多分子同时过孔信号,BSA分子排列成三角形状穿过石墨烯纳米孔。

关键词：石墨烯纳米孔传感器聚焦离子束 BSA分子检测

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硬质合金螺纹牙型凹槽激光车削加工研究

机械科学与技术 2023年

作者：戴瑶王成勇杜策之郑李娟丁峰高性能工具全国重点实验室广东工业大学机电工程学院

由于硬质合金内部WC颗粒的高耐磨性和高硬度属性，使用常规加工技术进行加工时会造成刀具的快速磨损以及裂纹产生，制备而成的螺纹也存在着精度低、表面破损、微小形状处难以控制、制造柔性弱等问题，而激光加工技术的使用也仅限于二维... 详细信息

由于硬质合金内部WC颗粒的高耐磨性和高硬度属性，使用常规加工技术进行加工时会造成刀具的快速磨损以及裂纹产生，制备而成的螺纹也存在着精度低、表面破损、微小形状处难以控制、制造柔性弱等问题，而激光加工技术的使用也仅限于二维平面的纹理结构。因此，对复杂三维螺纹形状的激光控制成型研究意义重大。本文提出激光车削的方式，以硬质合金复杂螺纹牙型为研究对象，利用皮秒激光对硬质合金棒材表面进行车削加工。结果表明，螺纹牙型与激光扫描速度和进给量的组合匹配密切相关。在固定激光功率和主轴进给量下，随着激光扫描速度的降低，获得的牙型深度逐渐增加，而材料去除率与激光扫描速度则呈现非线性关系。在35 mm/s的激光扫描速度下最佳材料去除率为5.95×10-3mm3/s，获得牙型凹槽表面质量较好。

关键词：皮秒激光车削硬质合金螺纹牙型

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异质多元多层印制电路板精密孔机械加工

机械工程学报 2023年第3期59卷 283-307页

作者：黄欣王成勇何宇星方戈贤杨涛姚俊雄郑李娟广东工业大学机电工程学院广州510006

孔是实现印制电路板层间互联及电子元器件装配的核心组成单元,机械钻孔是印制电路板制孔的主要方法。要在印制电路板上进行高密集度孔群的连续可靠、高质量、高一致性和高稳定性加工非常困难,涉及的异质多元多层复合材料机械加工理论复... 详细信息

孔是实现印制电路板层间互联及电子元器件装配的核心组成单元,机械钻孔是印制电路板制孔的主要方法。要在印制电路板上进行高密集度孔群的连续可靠、高质量、高一致性和高稳定性加工非常困难,涉及的异质多元多层复合材料机械加工理论复杂,也对加工刀具、加工技术提出了严峻挑战。从机械加工的角度归纳了典型印制电路板分类、组成结构与热力学特性,并提出其机械钻孔加工面临的难点;从材料变形与断裂、钻削热、钻削力与扭矩、孔创成机理、刀具失效机制五个方面,总结了典型印制电路板钻削理论的最新进展,综述了印制电路板用钻头设计、钻孔加工工艺和钻削过程检测技术的研究现状,从印制电路板微孔钻削加工理论、微细刀具优化设计、低温介质辅助钻削加工与孔质量无损检测方面指出了现有研究存在的问题,并结合新一代高端印制电路板发展趋势与孔制造需求,提出了未来印制电路板孔加工研究应重点关注的方向。

关键词：异质多元多层印制电路板钻削理论钻头设计加工工艺钻削过程检测技术

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生物组织磨削加工研究

金刚石与磨料磨具工程 2022年第2期42卷 137-149页

作者：吴茂忠王成勇郑李娟陈志桦刘志华广东工业大学机电工程学院广州510000

生物组织的磨削加工本质上是通过细小磨粒对软硬组织进行少量多次去除,保证操作的精细度和安全性。磨削加工是一种能量密集型的加工方式,加工过程中会产生较高的磨削热和磨削力并直接作用于人体,有可能造成周围组织损伤,影响手术效果。... 详细信息

生物组织的磨削加工本质上是通过细小磨粒对软硬组织进行少量多次去除,保证操作的精细度和安全性。磨削加工是一种能量密集型的加工方式,加工过程中会产生较高的磨削热和磨削力并直接作用于人体,有可能造成周围组织损伤,影响手术效果。介绍了骨组织磨削、皮肤磨削、齿科磨削和血管钙化组织磨削等生物组织的固结磨料加工的研究情况,并提出后期研究主要方向。

关键词：生物组织磨削加工磨削热磨削力

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固态纳米孔高能束制造方法

金刚石与磨料磨具工程 2023年第1期43卷 1-9页

作者：陈威郑李娟艾思棋刘佑明王成勇袁志山广东工业大学广东省微创手术器械设计与精密制造重点实验室广州510006 广东工业大学机电工程学院广州510006

固态纳米孔因具有机械性能好、稳定性强、形状易控的优点,在基因检测、蛋白质检测、能量转换、物质分离以及水净化等领域显示出巨大的潜力,并引起众多研究人员关注。其中,形状可控、高效的固态纳米孔制造技术是现实固态纳米孔应用的前... 详细信息

固态纳米孔因具有机械性能好、稳定性强、形状易控的优点,在基因检测、蛋白质检测、能量转换、物质分离以及水净化等领域显示出巨大的潜力,并引起众多研究人员关注。其中,形状可控、高效的固态纳米孔制造技术是现实固态纳米孔应用的前提。目前,在常见的固态纳米孔制造方法中,高能束制造方法具有高效率、高精度、高可控制造的优势。本文重点概述高能电子束、聚焦离子束、激光刻蚀法和离子径迹刻蚀法等4种固态纳米孔制造方法及其基本原理,并讨论上述方法的优缺点及其大规模可控制造的可行性。

关键词：固态纳米孔高能束制造制造方法

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飞秒激光加工高频挠性板基材微孔研究

机械科学与技术 2022年第8期41卷 1224-1230页

作者：陆慧娟欧卓东黄兵黄欣王成勇郑李娟广东工业大学机电工程学院广州510006

为解决目前激光加工挠性覆铜板(简称挠性板)微孔存在的加工精度差、孔型差及热损伤大等问题,探索了飞秒激光加工高频挠性板基材⁃改性聚酰亚胺(MPI)微孔的材料去除过程及其加工质量。采用飞秒激光进行了改性聚酰亚胺微孔加工实验,使用热... 详细信息

为解决目前激光加工挠性覆铜板(简称挠性板)微孔存在的加工精度差、孔型差及热损伤大等问题,探索了飞秒激光加工高频挠性板基材⁃改性聚酰亚胺(MPI)微孔的材料去除过程及其加工质量。采用飞秒激光进行了改性聚酰亚胺微孔加工实验,使用热重⁃红外联用系统分析了改性聚酰亚胺材料热解机理,并利用激光共聚焦显微镜、场发射扫描电镜对改性聚酰亚胺微孔形貌进行了三维测量、显微观察及物性分析。结果表明:改性聚酰亚胺在飞秒激光作用下发生光化学和光热反应,材料以宽而圆滑的弧形沟壑形式逐层被去除,并形成了波纹阶梯、颗粒物堆积等烧蚀显微结构;加工过程中材料烧蚀反应随加工圈数的增加而减弱;微孔深度的变化速率基本保持不变,材料去除量随加工圈数的增加而减小并在最后剧增;飞秒激光可实现改性聚酰亚胺基材表面高质量微孔加工。

关键词：飞秒激光高频挠性板微孔材料去除过程加工质量

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涂层刀具高速铣削淬硬钢的声发射信号特征

中国机械工程 2019年第17期30卷 2030-2039页

作者：谢英星王成勇郑李娟隋建波广东工业大学机电工程学院

通过测量不同涂层铣刀高速铣削不同硬度淬硬钢材料时的声发射信号和切屑形态,得到了电压时间声发射信号以及声发射信号RMS值与切削工艺参数之间的关系。研究结果表明:声发射信号与淬硬钢材料硬度、刀具涂层类型及工艺参数有关;声发射信... 详细信息

通过测量不同涂层铣刀高速铣削不同硬度淬硬钢材料时的声发射信号和切屑形态,得到了电压时间声发射信号以及声发射信号RMS值与切削工艺参数之间的关系。研究结果表明:声发射信号与淬硬钢材料硬度、刀具涂层类型及工艺参数有关;声发射信号可用来评价淬硬钢材料硬度的变化,随着淬硬钢材料硬度的增大,采集的声发射信号电压值呈逐渐增大的趋势;TiAlN涂层产生的锯齿形切屑的剪切带长度最小,切屑易于折断,从而导致其产生过程中的声发射RMS值偏小;随着切削速度和每齿进给量的增大,TiSiN、TiAlN、AlCrN和CrSiN四种涂层铣刀的声发射信号均快速增大,而随着轴向和径向铣削深度的增大,4种涂层铣刀的声发射信号变化不明显;在同一种切削参数条件下,可根据淬硬钢切屑变形特征的变化来间接评价刀具涂层的切削性能;声发射信号波形图的峰值大小可较好地反映锯齿形切屑的生成状态,进而可用来监控淬硬钢加工过程切削稳定性。

关键词：淬硬钢涂层刀具切屑声发射