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结构化砂轮磨削蓝宝石微沟槽底面质量的研究

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第4期51卷 20-26页

作者：周飞许金凯张文通于化东长春理工大学机电工程学院吉林长春130022 长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室吉林长春130022 吉林大学机械与航空航天工程学院吉林长春130025

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... 详细信息

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.

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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短脉冲激光加工微结构及其成型技术研究

Journal of Donghua University(English Edition) 2024年第1期41卷 72-80页

作者：虞宙崔金晔胡俊姜振华东华大学人工智能研究院上海201620 东华大学机械工程学院上海201620 上海市高性能纤维复合材料协同创新中心上海201620

短脉冲激光具有高精度、非接触和高可控性等优点,可以针对各种材料进行表面精细加工。如在医用钛合金表面加工出不同形貌、尺寸的微结构,能够有效地改善植入物表面生物活性。利用短脉冲激光在材料加工上的优势,开展了纳秒激光脉冲烧蚀试... 详细信息

短脉冲激光具有高精度、非接触和高可控性等优点,可以针对各种材料进行表面精细加工。如在医用钛合金表面加工出不同形貌、尺寸的微结构,能够有效地改善植入物表面生物活性。利用短脉冲激光在材料加工上的优势,开展了纳秒激光脉冲烧蚀试验,探究纳秒激光与钛合金间的相互作用。阐明钛合金表面火山坑微结构的形成机理,并开展多脉冲激光参数试验,研究激光参数对微结构成型的影响,建立参数与特征尺寸间的映射关系。该研究可以获得具有特定尺寸、高加工质量的微结构,有助于短脉冲激光微加工技术的应用,具有良好的学术和工程意义。

关键词：短脉冲激光微加工火山状坑微沟槽

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微沟槽多道次滚压工艺参数分析及优化

塑性工程学报 2022年第8期29卷 96-104页

作者：王回航高绪杰朱光明常征郭娜娜王宗申朱立华山东理工大学机械工程学院山东淄博255000 山东理工大学计算机科学与技术学院山东淄博255000

针对微沟槽多道次滚压成形工艺存在微沟槽成形高度不足、板材变形严重、轧制力过高的问题,建立了多道次滚压的有限元模型,并结合响应面法对多道次滚压的工艺参数进行了分析。以辊缝间隙Δh、滚压速度v、摩擦因数μ和辊轮直径D为设计变量... 详细信息

针对微沟槽多道次滚压成形工艺存在微沟槽成形高度不足、板材变形严重、轧制力过高的问题,建立了多道次滚压的有限元模型,并结合响应面法对多道次滚压的工艺参数进行了分析。以辊缝间隙Δh、滚压速度v、摩擦因数μ和辊轮直径D为设计变量,应用中心复合实验设计方法设计了响应面实验,得到孔型填充率η、板材延长长度ΔL以及轧制力F的响应面预测模型。通过分析响应面图,总结出各项工艺参数对响应值的交互影响规律,并通过多目标优化获得了最优工艺参数组合。结果表明,使用优化后的工艺参数进行滚压可使孔型填充率η达81.21%,板材延长长度降低了39.6%,轧制力降低了21.1%。

关键词：微沟槽减阻多道次滚压响应面模型有限元模拟

聚二甲基硅氧烷柔性基材上应力-激光复合制备直角微沟槽

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高分子材料科学与工程 2022年第3期38卷 106-112,121页

作者：谢凯武李泽斌邓宇张璆钟世裕蔡俊劲常磊鑫广东工业大学机电工程学院广东广州510006

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种应用广泛的柔性材料。文中在PDMS表面制备了直角微沟槽,分析了直角微沟槽的形貌。结合PDMS的柔性特点,开展了预应力下纳秒激光制备PDMS表面直角微沟槽实验。结果表明,微沟槽两侧的微裂纹随着激光扫描速度的增... 详细信息

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种应用广泛的柔性材料。文中在PDMS表面制备了直角微沟槽,分析了直角微沟槽的形貌。结合PDMS的柔性特点,开展了预应力下纳秒激光制备PDMS表面直角微沟槽实验。结果表明,微沟槽两侧的微裂纹随着激光扫描速度的增大(100~600 mm/s)开始出现随后逐渐变小,微沟槽的几何形貌随扫描速度发生改变,其深度最大值为43.14μm、最小值为8.41μm,其宽度最大值为111.41μm、最小值为16.18μm,且直角微沟槽的内外侧形貌存在差异;调整预应力角度可以调控微沟槽两侧微裂纹的走向、微沟槽的几何形貌和扫描路径的偏移。应力辅助是一种调控表面形貌,辅助PDMS表面微纳加工实现功能化的简便方法。

关键词：应力辅助纳秒激光加工微裂纹调控表面形貌微沟槽

短脉冲激光加工微结构及其成型技术研究（英文）

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Journal of Donghua University(English Edition) 2024年

作者：虞宙崔金晔胡俊姜振华东华大学机械工程学院上海市高性能纤维复合材料协同创新中心东华大学人工智能研究院

关键词：短脉冲激光微加工火山状坑微沟槽

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表面微沟槽对风力机翼型气动性能的影响研究

动力工程学报 2022年第12期42卷 1246-1254页

作者：牛志罡罗大海王子尧上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

采用数值模拟方法对表面纵向布置微沟槽的风力机翼型的气动性能进行研究。基于Transition SST模型,采用商用计算流体动力学(CFD)软件,研究了L型和V型2种不同类型的微沟槽的减阻效应,考虑了不同雷诺数和不同翼型条件下,表面微沟槽对风力... 详细信息

采用数值模拟方法对表面纵向布置微沟槽的风力机翼型的气动性能进行研究。基于Transition SST模型,采用商用计算流体动力学(CFD)软件,研究了L型和V型2种不同类型的微沟槽的减阻效应,考虑了不同雷诺数和不同翼型条件下,表面微沟槽对风力机翼型升阻力特性的影响。通过对比升、阻力系数及表面摩擦力系数,探讨了风力机翼型表面微沟槽的减阻机理。结果表明:在最优的沟槽几何参数条件下,L型沟槽相比V型沟槽具有更好的减阻效果,DU翼型最大减阻率达到5.6%;采用最优沟槽几何参数时,微沟槽在较大的雷诺数和攻角范围内都具有减阻效果。

关键词：风力机翼型数值模拟微沟槽减阻气动性能

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微沟槽织构对膨胀锥摩擦性能影响的数值模拟

石油机械 2023年第1期51卷 86-94页

作者：王鑫郭慧娟徐丙贵赵运才王宏伟郑彬江西理工大学机电工程学院中国石油集团工程技术研究院有限公司攀枝花学院智能制造学院

目前评价膨胀管技术主要从膨胀质量上来考虑,忽略了对膨胀锥摩擦性能的分析。为此,根据弹塑性理论推导了膨胀管达到塑性变形时反作用于膨胀锥的表面压力和滑动摩擦力,再采用ANSYS有限元软件对膨胀锥膨胀过程进行仿真模拟,对比分析了微... 详细信息

目前评价膨胀管技术主要从膨胀质量上来考虑,忽略了对膨胀锥摩擦性能的分析。为此,根据弹塑性理论推导了膨胀管达到塑性变形时反作用于膨胀锥的表面压力和滑动摩擦力,再采用ANSYS有限元软件对膨胀锥膨胀过程进行仿真模拟,对比分析了微沟槽织构对膨胀锥摩擦性能的影响。研究结果表明:微沟槽织构应用到膨胀锥表面具有减小摩擦应力、减少摩擦副之间的接触面积等优点,可以有效减轻膨胀锥表面磨损,但应力集中更明显。研究结果可为微沟槽织构应用到膨胀锥上实现减摩耐磨提供理论参考。

关键词：膨胀管微沟槽膨胀锥接触压力织构摩擦应力

微沟槽增量滚压成型工艺优化及截面形状控制研究

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微沟槽增量滚压成型工艺优化及截面形状控制研究

作者：王回航山东理工大学

学位级别：硕士

飞机或轮船在行进过程中会受到流体粘性阻力的影响,为了克服粘性阻力则需要消耗更多的燃料,这无疑增大了交通运输的成本。在对鲨鱼皮的仿生学研究中发现,微沟槽结构具有降低表面粘性阻力的功能,将微沟槽结构应用至航空器表面或发动机叶... 详细信息

飞机或轮船在行进过程中会受到流体粘性阻力的影响,为了克服粘性阻力则需要消耗更多的燃料,这无疑增大了交通运输的成本。在对鲨鱼皮的仿生学研究中发现,微沟槽结构具有降低表面粘性阻力的功能,将微沟槽结构应用至航空器表面或发动机叶片上,可以实现节约能源、降低碳排放量的效果。微沟槽的制造是当前的研究难点,滚压加工是一种简单高效的生产方式,国内外许多团队对微沟槽滚压制造进行了深入研究,并提出了多种滚压方法及辊轮制造方案。根据增量滚压的原理,设计了一种新型的增量滚压成型工艺,通过对工件表面多次滚压来实现微沟槽的渐进成型。单道次滚压的研究中只局限于生产三角形及半圆形等简单微沟槽结构,而更有利于促进金属流动的增量滚压工艺可以生产梯形微沟槽,并在微沟槽之间加工出近刃型脊状结构。在对增量滚压的研究中发现,所生产的微沟槽往往存在成型高度不足的问题,并通过金相显微镜在微沟槽截面上观察到金属折叠、流线歪斜等缺陷,而且加工后的板材整体发生弯曲。以上问题将对微沟槽的减阻效果及疲劳性能产生严重的负面影响,想要将微沟槽应用至实际减阻场合中,亟需解决以上问题。本文该模型以辊缝间隙(?)h、滚压速度v、摩擦系数μ、辊轮直径D为设计变量设计了CCD实验方案,以孔型填充率η、板材延长长度(?)L以及滚压力F为响应值建立了响应面模型,根据响应曲面图总结出各项工艺参数之间的交互影响规律。通过仿真与实验验证了响应面预测模型的准确性,可以根据响应面模型对工艺参数进行多目标优化,通过优化后的参数可以制造成型高度为400μm的微沟槽。结合实验及仿真结果,对金属折叠及流线歪斜的问题进行分析,讨论板材整体延伸与局部变形之间的关系,发现板材的延伸使孔型与微沟槽错位,进而导致微沟槽上产生加工缺陷。对成型辊孔型做出优化,从第一道次孔型到第六道次孔型的宽度逐渐递增,以保证每次滚压孔型与微沟槽位置匹配,使用优化后的孔型能够生产出无缺陷的微沟槽。通过仿真分析发现,由于板材上下表面变形不对称造成了板材弯曲。将多种不同宽度的辅助辊进行仿真对比,发现辅助辊宽度降低有助于减小板材弯曲程度。经验证,使用5.6 mm宽度的辅助辊进行滚压,板材不再发生弯曲。完成对工艺参数、成型辊及辅助辊的优化后,使用增量滚压工艺可生产出深度达到400μm的无缺陷微沟槽,孔型填充率达到80%。建立了CFD仿真模型来验证微沟槽的减阻效果,通过对仿真结果分析发现,孔型填充率越大,减阻效果就越好。在仿真模拟中,孔型填充率为80%的微沟槽减阻率达到13%,一定程度上证明本研究所制造的微沟槽具有良好减阻效果。

关键词：微沟槽减阻增量滚压响应面模型工艺优化

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纳秒激光刻蚀非等截面微沟槽工艺研究

应用激光 2023年第10期43卷 105-111页

作者：张亮魏昕汪永超李元可广东工业大学机电工程学院广东广州510006 广州番禺职业技术学院智能制造学院广东广州511483

为提高微沟槽吸液芯的毛细性能,采用V字扫描法在紫铜板上刻蚀非等截面微沟槽,研究激光光斑间距、扫描速度、扫描次数、脉宽和频率等工艺参数对非等截面微沟槽形貌尺寸的影响规律。研究发现,随着激光光斑间距增大,沟槽宽度也随之增大,沟... 详细信息

为提高微沟槽吸液芯的毛细性能,采用V字扫描法在紫铜板上刻蚀非等截面微沟槽,研究激光光斑间距、扫描速度、扫描次数、脉宽和频率等工艺参数对非等截面微沟槽形貌尺寸的影响规律。研究发现,随着激光光斑间距增大,沟槽宽度也随之增大,沟槽深度呈现先增大后减小的趋势,沟槽表面粗糙度则先减小后增大;V字扫描法的路径间距在10~30μm时刻蚀出的沟槽形貌最佳且两端毛细压力差较大;当激光扫描次数为50次,扫描速度为100 mm/s,频率40 kHz,脉宽120 ns时,纳秒激光刻蚀的非等截面沟槽两端毛细压力差较大。该研究可为提高沟槽式均热板的传热性能提供参考。

关键词：激光技术非等截面结构毛细压力微沟槽