KDP晶体本构模型建立及超精密飞切加工过程的建模分析

平面光学元件的加工技术浙江大学光电系曹天宁宁波华光精密仪器公司周柳云光学平面零件包括棱镜、平行平面板、平面反光镜、平晶、光楔、光盘片基、滤光片、波片、倍频器等等。

其大小从φ1mm到φ1000mm,材料主要是光学玻璃,有时是光学晶体,为了达到高精度与高效率,采用技术方法很多,有铣磨、精磨、研磨、抛光、分离器抛光、环抛、水中抛光、单点金刚石飞切(SPDFC)、计算机机控制小工具抛修(CCP) 、离子抛光等等。

从机理上考察,可以归纳为三类基本方法一、范成法形成平面特点是依靠机床的精确运动形成平面包络面,对机床精度要求高.如用筒状金刚石磨轮铣磨平面,按正弦公式当α=0时,R=∞范成了片面(生产上为了排屑排冷却液方便, α有一个小量,表面微凹)。

单点金刚石飞切也是依靠高速旋转的轴与飞刀作直线运动的工作台垂直而范成了平面.工具与工件的加工接触为线接触。

二、轮廓复印法或母板复制法这种复制法与光栅复制法不一样,在复制过程有磨削研磨、抛光过程。

采用精磨模、抛光模(固着磨料抛光模与柏油抛光磨)加工的均属于这一类.工具与工件的接触为面接触。

三、小工具修磨法计算机控制抛光(CCP)离子束抛光与手修属于这一类,逐点抛修,边检边修,精度可以很高，对局部修正非常方便.工具与工件的接触为点接触。

(一) 、铣磨成型光学平面元件我国QM30、PM500、XM260研磨机直到NVG-750THD型双轴超精密平面磨床等大型平面铣磨机利用范成法原理高效铣磨出平面,而且可以采用适当的金属夹具,将角度修磨变为平行平面的铣磨.机床磨轮轴与工件的平行度、轴向经向跳动影响棱镜的角度精度.铣磨成型是光学平面元件毛胚加工的主要技术方法之一。

图一就是PM500铣磨平面的范成运动,图二就是改进的QM30铣削平面的范成运动。

图三是大型的NVG-750THD型双轴超精密平面磨床。

图三. 大型双轴超精密平面磨床(二) 、光学平面的磨削、研磨与抛光重点在于加工出高精度光学表面面型(N、△N),磨削、研磨与抛光的运动形式很多,但其特点是一样的,光学平面精度的获得不主要依靠机床的精度,而主要依靠母板的精度的传递,应该重点研究与把握三个机理。

晶体slip形成机理模型晶体滑移是晶体中原子、离子或分子在晶格平面内沿着特定方向滑动的现象。

它是晶体塑性变形的基本机制之一，对于材料的力学性能和加工工艺具有重要影响。

为了深入理解晶体滑移的形成机理，科学家们提出了多种模型来解释其原理和过程。

一、传统模型：剪切平面和滑移方向模型传统模型认为，晶体中存在一些特殊的剪切平面和滑移方向，只有当外力作用于这些平面上时，才能引发晶体的滑移。

这种模型主要包括剪切位错模型和格点间位错模型。

1. 剪切位错模型：该模型假设晶体中存在一系列平行于某个剪切位错线的剪切位错面。

当外力作用于这些位错面时，它们会沿着某个特定方向发生滑移。

这种滑移方式被称为薄层滑移或局部化滑移。

2. 格点间位错模型：该模型认为，在晶格中存在着一些缺陷称为格点间位错（或称亚格点），它们可以沿着晶体的滑移方向移动。

当外力作用于晶体时，这些位错会相互滑动，引发晶体的滑移。

这种滑移方式被称为整体滑移或均匀滑移。

二、现代模型：位错互相作用模型传统模型虽然能够解释一部分晶体滑移的现象，但无法完全解释某些特殊情况下的滑移行为。

科学家们提出了一些现代模型来进一步解释晶体滑移的形成机理。

1. 位错互相作用模型：该模型认为，在晶格中存在多个位错，并且它们之间存在相互作用。

当外力作用于晶体时，这些位错会通过各种力学机制相互交换位置，从而引发晶体的滑移。

这种模型更加符合实际情况，并能够解释一些复杂的滑移行为。

三、微观机制：原子/离子间相互作用和排列变化除了以上模型外，还有一些微观机制可以解释晶体滑移的形成机理。

1. 原子/离子间相互作用：在晶格中，原子或离子之间存在相互作用力，如键合力、库仑力等。

当外力作用于晶体时，这些相互作用力会发生变化，从而导致晶体中的原子或离子发生重新排列，引发滑移。

2. 排列变化：晶体中的原子或离子排列是有序的，但在滑移过程中，它们会发生变化。

在滑移过程中，一些原子或离子可能会在晶格平面内重新排列成新的结构。

福州大学化学化工学院本科实验报告课程名称：综合化学实验实验项目名称：线性光学晶体磷酸二氢钾(KDP)的单晶生长与光学性能测定实验室名称：化学化工实验中心北楼学生姓名：陈世昌学号：11S040902103学生所在学院：化学化工学院年级、专业：09级化学类实验指导教师：林树坤2012年11月23日非线性光学晶体磷酸二氢钾(KDP)的单晶生长与光学性能测定摘要:KDP晶体是一种性能优良并且易于长大的非线性光学材料，又是一种性能较优良的电光晶体材料，并且也是惟一能用于激光核聚变等研究的高功率系统中的晶体。

它通常采用水溶液降温法来生长，所以易于对晶体的生长形态和过程进行观察分析，是研究晶体生长的一个理想的模型。

本文通过KDP晶体的合成与生长，并使用红外光谱分析、X射线粉末衍射法、等表征方法对KDP晶体进行结构分析。

关键字：KDP晶体，红外光谱，X射线粉末衍射法，微机X射线分析，偏光显微分析研究背景磷酸二氢钾晶体，简称KDP，属于四方晶系，点群D4h，无色透明，其理想外形如图1所示。

该晶体具有多功能性质。

上世纪50年代，KDP作为性能优良的压电晶体材料，主要被应用于制造声纳和民用压电换能器。

60年代，随着激光技术出现，由于KDP晶体具有较大的非线性光学系数和较高的激光损伤阈值，而且晶体从近红外到紫外波段都有很高的透过率，可对1.064μm 激光实现二倍频，同时KDP晶体又是一种性能优良的电光晶体材料。

使得该晶体在高功率激光系统受控热核反应、核爆模拟等重大技术上更显现出它的应用前景，因此，对特大尺寸的KDP 优质光学晶体的研究，在国内外一直受到研究者的极大关注。

图1. KDP晶体理想外形实验内容一、实验目的和要求1.了解KDP晶体原料的合成、表征和水溶液降温法单晶生长的基本过程与方法。

2.掌握KDP晶体溶解度的测定方法，了解KDP晶体结晶习性以及晶体外形、晶体宏观对称性的观察和描述。

3.掌握晶体偏光性质和油浸法晶体折射率的测定方法、了解晶体光学均匀性、晶体透过率等性能测试的实验原理和方法。

第３０卷第１期中国机械工程V o l．３０㊀N o．１２０１９年１月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N G p p．１１８Ｇ１２５第八届 上银优秀机械博士论文奖 获奖论文㊀㊀第八届 上银优秀机械博士论文奖 于２０１８年１１月１０日在中国机械工程学会年会上颁发. 上银优秀机械博士论文奖 由台湾上银科技股份有限公司和中国机械工程学会共同设立,旨在提升中国制造技术的水平,加强高层次创造性人才的培养工作,鼓励创新精神,提高中国机械工程及其自动化领域博士生教育的水平;激发与鼓励中国青年学子投入机械工程及其自动化领域研发及创意应用,培养优秀机械工程人才,增进企业界与学术界间的互动,进而促进机械工业技术的提升与创新.本届 上银优秀机械博士论文奖 共评选出金奖论文１篇,银奖论文２篇,铜奖论文３篇,优秀奖论文５篇,佳作奖论文１０篇,特别奖论文３篇.其中,上银优秀机械博士论文奖特别奖为本届起新增的特设奖项,由上银科技卓永财董事长提议设立.该奖项专为奖励非原９８５高校在机械制造领域,特别是在机床或其基础零部件,以及基础制造工艺的研究方面取得优秀成果的博士论文. 上银优秀机械博士论文奖 设立８年来,影响力越来越大,推动了一批青年学者在机械工程及其自动化领域做出了非常有创新性的研究业绩.序号奖项论文概述１金奖论文名称:C F R P低损伤钻削制孔关键技术研究作㊀㊀者:付㊀饶㊀㊀毕业学校:大连理工大学㊀㊀指导教师:贾振元㊁王福吉㊀㊀轻质高强碳纤维增强树脂基复合材料(C F R P)是运载装备减重增效的优选材料.此类材料构件的装配连接需加工大量连接孔,且制孔损伤容限要求苛刻,但C F R P制孔易在出口区域产生严重损伤,这制约了C F R P的应用.本文建立了C F R P切削加工中单侧弱约束区域材料的单纤维切削和刀具/纤维接触的理论模型,表征了钻削出口材料的切削过程,揭示了单侧弱约束区域纤维㊁树脂及界面的细观去除行为,得到了合理控制切削力㊁抑制钻削出口损伤的理论依据.揭示了温度对C F R P单/多向层合板切削性能的影响规律和钻削C F R P单/多向层合板出口区域的温度分布特征,得到了合理抑制切削温度影响的依据.基于上述两方面研究,提出了 反向剪切 C F R P切削损伤抑制原理,发明了具有反向剪切功能的微齿结构,开创了微齿剪刀切削的钻削刀具设计思想,形成了微齿钻削刀具的设计方法,发明了系列化微齿钻削制孔刀具,实现了C F R P低损伤钻削制孔.提出了在入口侧控制吸入气体的逆向冷却钻削制孔工艺,可控制并降低钻削温度,有效抑制了制孔损伤.刀具和工艺关键技术已应用在多家航空航天企业,为我国航空航天等领域高端装备C F R P构件的研制提供了支撑.２银奖论文名称:基于模态局部化的弱耦合谐振式加速度传感器敏感机理研究作㊀㊀者:张和民㊀㊀毕业学校:西北工业大学㊀㊀指导教师:苑伟政㊁常洪龙㊀㊀微机械加速度传感器在航空航天器的惯性导航㊁地球物理勘探㊁工业与消费电子等领域有着广阔而重要的应用需求,然而,当前国内外的微机械加速度传感器的精度极限受到了微加工技术与检测技术的双重限制而不能大幅提高,因此,发现新的敏感机理成了提高精度㊁突破瓶颈的一个重要途径.本文首次提出将模态局部化现象引入惯性传感器研究,探讨基于模态局部化的弱耦合谐振式惯性敏感新机理,研制基于该机理的加速度传感器.主要成果包括:弱耦合谐振式加速度差分敏感技术,实现了加速度对串联谐振器的差分扰动,提出幅值比检测方法,其灵敏度是传统频率检测法灵敏度的３０２倍,且对封装压力㊁环境温度等易变参数的鲁棒性提高一个数量级;多自由度串联谐振式传感器工作点可调节技术,利用静电负刚度效应消除加工误差造成的结构失衡,实现了工作点可调的工作模式,显著提高了传感器的使用灵活性;模态局部化传感器的大量程线性化实现方法,提出多模态幅值比和的新型输出方式,将模态局部化传感器的线性化量程提高一倍以上;非对称耦合谐振器的馈通信号抑制技术,采用负电流补偿技术减小驱动馈通,大幅提高了幅值频率检测精度.８１１续表序号奖项论文概述３银奖论文名称:级间液压机械双反馈新原理及其在大流量控制阀中的应用研究作㊀㊀者:刘建彬㊀㊀毕业学校:浙江大学㊀㊀指导教师:杨华勇㊁谢海波㊀㊀多级流量阀以液压反馈㊁机械反馈㊁液压跟随以及电反馈等单一级间反馈方式实现先导阀芯对主阀芯的位移控制.随着流量阀应用需求日益提高,探索级间多反馈原理,综合利用各反馈方式的优点,克服单一反馈方式的局限,对高性能流量阀进行深入研究势在必行.本文针对流量阀级间双反馈新原理及应用展开研究.提出了级间液压机械双反馈新原理,双反馈作用互补,使双反馈液压阀具备结构简单㊁密封数量少㊁控制区间宽度大等优点;提出了主阀芯上的带通油孔的减振尾结构,可通过液流冲击作用抵消开启方向的液动力,进而改变阀芯液动力的方向,同时降低液动力幅值;创新设计了先导阀芯尾部的快关阀口结构,快关阀口在先导阀芯关闭至一定开度时打开并直接连通负载口与控制腔,加快控制腔压力的飞升过程,提高两阀芯的关闭速度;级间液压机械双反馈原理大流量负载控制阀样机在汽车起重机变幅系统中的应用试验结果表明,其各项技术指标均达到或超越了相应型号进口垄断负载控制阀.４铜奖论文名称:聚合物微结构成形的介观尺度效应及其本构建模作㊀㊀者:邓宇君㊀㊀毕业学校:上海交通大学㊀㊀指导教师:林忠钦㊁傅铭旺㊀㊀具有表面微细功能结构的聚合物薄膜产品的表面微细功能特征尺寸多在１０~５００μm,其成形加工属于典型的介观尺度制造范畴.随着成形特征尺寸降低至介观尺度,聚合物材料的屈服应力和弹性模量等力学参数呈现出强化的趋势,具有尺度效应.传统的聚合物材料本构模型,无法准确预测聚合物材料介观尺度变形行为,难以指导聚合物表面微细功能结构加工的工艺设计和优化.围绕聚合物介观尺度效应问题,本文研究了宏观尺度下聚合物材料的力学性能,搭建了考虑应变率影响的弹黏塑性模型;开展了不同厚度的聚合物薄膜微弯曲实验,研究了介观尺度下聚合物材料的尺度效应规律,并为了描述介观尺度下聚合物的变形行为建立了应变梯度弹黏塑性本构模型;建立考虑考虑尺度效应的聚合物变形仿真分析的有限元模型;实验分析了聚合物表面微细压印成形中的尺度效应现象,探索了聚合物表面复杂结构大面积微细辊压成形的可行性.５铜奖论文名称:仿生微纳结构黏附机理及其面向智能拾取的黏附传感一体化设计作㊀㊀者:胡㊀鸿㊀㊀毕业学校:西安交通大学㊀㊀指导教师:邵金友㊁丁玉成㊀㊀如何实现微纳仿生黏附结构的批量化制造㊁增强黏附材料的表面适应性㊁感知界面的黏附状态是制约仿生黏附结构工程应用的关键难题.本文以 蘑菇形 微纳仿生黏附结构的规模化制造技术开发为基础,围绕仿生黏附结构的黏附机理及其增强机制,黏附传感一体化设计等内容开展了系统的研究工作,为智能拾取机械手开发提供了新途径.主要研究内容如下:①提出了基于预制结构电场诱导的微纳仿生黏附结构制造新方法,利用电场驱动的材料流变生长和界面润湿效应,实现了异型仿生黏附结构的可控制造.②建立了基于变厚度薄板大挠曲变形的脱黏力学模型,量化了真空效应与摩擦力对法向黏附力的贡献,实现了黏附结构的优化设计.③提出了以 蘑菇形 结构为接触单元的离散支撑多级结构(dＧD A F),通过引入可弯曲薄膜基底,有效提升了粗糙表面的黏附强度.④设计制造了具有接触状态感知功能的自传感黏附结构,实现了界面黏附与界面状态监控的一体化集成,为智能机械手开发提供了新途径.⑤提出了气压调控的黏附/脱附控制方法,开发了智能拾取机械手,实现了多种典型物体的智能抓取和释放.６铜奖论文名称:K D P晶体修复用球头微铣刀及其对表面质量影响的研究作㊀㊀者:陈㊀妮㊀㊀毕业学校:哈尔滨工业大学㊀㊀指导教师:陈明君㊀㊀磷酸二氢钾(p o t a s s i u md i h y d r o g e n p h o s p h a t e,K D P)晶体是核聚变装置中必不可少的光学元件,但K D P晶体在连续高能激光打靶和超精密加工时会产生微缺陷点,需要对其进行及９１１第八届 上银优秀机械博士论文奖 获奖论文续表序号奖项论文概述时处理.然而,由于K D P晶体的软脆特性,在微铣削修复缺陷点时,容易在修复曲面出现脆性点及耕犁效应区域.以有限元仿真铣削过程中的切削力㊁微铣刀和K D P晶体切削区最大拉应力为球头微铣刀几何参数优选的主要评价指标,获得了几何参数对K D P晶体微铣削质量的影响规律,并优选了法向前角㊁法向后角和刀刃钝圆半径.通过自制和商用微铣刀的切削对比实验验证了所设计球头微铣刀的切削性能.结合切削过程中切削厚度㊁最小切削厚度和切削力之间的周期性,建立了切屑形成的理论预测模型,得出微铣削K D P晶体的最小切削厚度.随着刀刃钝圆半径的增加,最小切削厚度呈增长趋势;当每齿进给量与刀刃钝圆半径的比值小于０．５时,微铣削加工中存在剧烈的尺寸效应.通过分析球头微铣刀铣削K D P晶体过程中的切削力㊁切削比能㊁所加工微槽及切屑形貌,获得了球头微铣刀铣削K D P晶体过程中尺寸效应㊁塑性域及脆性域铣削参数范围,优选了铣削参数.所加工的高斯曲面粗糙度R a值均小于３２n m,满足激光打靶要求,从而验证了自行研制球头微铣刀和优选铣削参数的合理性.７优秀奖论文名称:超导磁力与液膜力复合轴承的应用基础研究作㊀㊀者:许吉敏㊀㊀毕业学校:西安交通大学㊀㊀指导教师:袁小阳㊀㊀论文以液氢液氧火箭涡轮泵为应用背景,将超导磁悬浮技术与流体支撑技术引入到涡轮泵轴系支撑中,提出了新型超导磁力与液膜力复合轴承.围绕磁液两种力场的物理复合㊁结构实现及复合轴承的服役性能和模拟涡轮泵工况的高速试验等重要应用基础问题,开展理论和试验研究.取得的创新成果有:针对高速和可重复使用火箭涡轮泵给出了磁液优势互补㊁启停磨损与高速振动稳定性较优的复合轴承设计;研究了先进的超导瓦块制备工艺技术,为超导磁液复合轴承构建提供了高性能关键组件,悬浮力密度最高约为１２．４N/c m２,达到了国内外先进水平;建立了以微小间隙为特色的超导磁力仿真研究和测量体系,为复合轴承的磁力设计奠定了理论和物质基础;建立了复合轴承热黏磁性能分析模型,研制了高速立式试验台,开展了最高转速１００００r/m i n的试验研究,验证了磁液复合的可行性和先进性.论文形成了复合轴承设计技术基础㊁复合轴承制造技术基础㊁超导磁力理论与实验技术基础㊁复合轴承计算与试验的成套工程技术基础,为复合轴承在我国新一代高速㊁可重复使用火箭涡轮泵的应用奠定了基础.８优秀奖论文名称:动轴变速齿轮传动理论及应用作㊀㊀者:郑方焱㊀㊀毕业学校:武汉理工大学㊀㊀指导教师:郭孔辉㊁华㊀林㊀㊀目前齿轮理论以定轴传动为基本点,规定两齿轮轴线的相对位置在传动中不变.若假设齿轮轴线相对运动,可得到动轴齿轮传动.本研究提出动轴齿轮传动的基本假设,尝试建立动轴变速比齿轮传动理论体系.①传动原理:提出动轴齿轮传动基本概念,将传动中轴线夹角和偏置定义为主动轮转角的函数;建立动轴齿轮传动的基础椭球面坐标系,研究瞬轴面㊁横断面与轴向面的几何性质,讨论点啮合空间齿轮传动的节曲面.②几何设计:研究线接触共轭齿面的产形原理和方法,研究产形轮的几何性质,提出产形轮齿面的自由构造方法,推导线啮合共轭齿面的方程,应用于线啮合齿轮传动设计;研究点接触共轭齿面的产形原理和方法,建立产形轮的运动标架和位姿,推导空间点啮合共轭齿面方程,应用于空间点啮合齿轮传动设计;研究基础齿条齿面的自由修形原理和方法,推导局部修形齿面方程,开发修形设计软件.③加工制造:建立能适用于众多工艺类型和机床形式的齿轮展成法制造联动数学模型,研究插齿和铣齿非圆齿轮的联动模型,开发各类齿轮制造软件平台.④传动机构:提出动轴齿轮传动机构的概念,研究单级和二级变中心距齿轮传动,开发非圆齿轮系列分割器产品.０２１中国机械工程第３０卷第１期２０１９年１月上半月续表序号奖项论文概述９优秀奖论文名称:石英玻璃的高效可控精密磨削机理研究作㊀㊀者:王㊀伟㊀㊀毕业学校:山东大学㊀㊀指导教师:王㊀军㊁姚㊀鹏㊀㊀本文针对目前石英玻璃光学元件加工效率低,塑性域磨削难以实现的问题,研究了石英玻璃的高效可控精密磨削机理.①通过室温和高温纳米压痕实验研究了温度对石英玻璃变形和裂纹扩展机理的影响.室温下石英玻璃的微观结构不致密,且裂纹容易成核扩展,塑性域加工困难.在高温下石英玻璃的力学性能得到改善,适于塑性域加工.②建立了单颗磨粒划擦石英玻璃的弹性应力场解析模型,研究了裂纹成核位置与序列及其对材料去除机理的影响.在划擦过程中,中央裂纹最先成核,其深度决定了材料的裂纹损伤深度.侧向裂纹㊁赫兹裂纹和径向裂纹交织扩展,引起材料的脆性域去除.③建立了单颗磨粒划擦原始损伤表面的裂纹失稳扩展临界函数,研究了石英玻璃表面微裂纹损伤的可控磨削机理.随着单颗磨粒磨削深度的增加,材料的磨削机理依次是塑性域去除㊁低载半脆性域去除㊁全脆性域去除和高载半脆性域去除.对石英玻璃进行全脆性域磨削时,磨削力低,砂轮自锐性好,能获得材料去除率较高㊁质量较好的磨削表面.④采用大磨削深度干磨削石英玻璃,改善了石英玻璃的塑性加工性能,实现了高效塑性域磨削.建立了石英玻璃的干磨削温度场理论模型,通过红外透射测温法在线测量了石英玻璃的干磨削温度.１０优秀奖论文名称:高精度激光差动共焦超长焦距测量方法与技术研究作㊀㊀者:李志刚㊀㊀毕业学校:北京理工大学㊀㊀指导教师:赵维谦㊀㊀开展高精度超长焦距的测量方法和技术研究对激光聚变系统㊁空间光学系统和高能激光武器等大型光学系统领域具有重要应用价值,论文完成的工作有:开展了一种具有参考镜焦距和组合透镜间隔自校准能力的激光差动共焦组合焦距测量方法研究;构建了激光差动共焦组合超长焦距测量光路,建立了测量光路三维点扩散函数理论模型;提出了参考镜焦距和镜组间隔自校准方法,解决了组合测量法中参考镜焦距和镜组间隔校准难题;提出了一种被测镜曲率半径高精度测量的激光差动共焦超大曲率半径测量方法;参与研制了首台测量口径ϕ６１０mm 超长焦距测量系统,开展了系统误差分析和实验研究,结果表明,对３１．２m焦距相对重复测量精度为０．００３４％(３４p p m),对１２m焦距相对重复测量精度为０．００４４％(４４p p m).综上,本文提出了一种具有参考镜焦距和组合透镜间隔自校准能力的激光差动共焦超长焦距测量方法,并研制了一套大口径超长焦距测量系统,验证了所提方法可行性,为解决大口径超长焦距的高精度测量难题提供了一条全新的技术途径.１１优秀奖论文名称:冷等离子体辅助金刚石切削黑色金属基础研究作㊀㊀者:黄㊀帅㊀㊀毕业学校:大连理工大学㊀㊀指导教师:徐文骥㊁刘㊀新㊀㊀缺乏抑制刀具磨损的有效方法是制约黑色金属金刚石超精密切削技术进步的瓶颈问题.论文利用冷等离子体射流的载能活性粒子比碳原子更易与铁原子快速结合形成更强化学键和冷却润滑效果好的特点,将其施加于切削界面,实时降低刀工界面的化学亲和性和改善切削区的热力作用,从而抑制金刚石切削黑色金属时的刀具磨损.①研制了冷却润滑效果好㊁易输送至刀工接触界面进行特性调控的大气压柔性冷等离子射流,采用分子动力学㊁热分析㊁摩擦磨损等理论和试验方法研究了冷等离子体射流辅助切削的作用机理,并进行了基础的切削试验.②分子动力学模拟和热分析试验发现,氮冷等离子体可降低黑色金属对金刚石的化学亲和性.不同氛围中的N A K８０/金刚石摩擦副的摩擦磨损试验结果表明,氮气射流和氮冷等离子体射流可减轻摩擦副的氧化磨损,氮冷等离子体有利于减轻摩擦副的黏着磨损.③研制了振动特性可控的超声椭圆振动装置,切削试验结果表明冷等离子体和超声椭圆振动共同作用时,抑制金刚石刀具磨损的效果最佳,有效切削距离可提高１０倍,且工件的表面粗糙度最低,同时有利于抑制金刚石刀具的扩散磨损.１２１第八届 上银优秀机械博士论文奖 获奖论文续表序号奖项论文概述１２佳作奖论文名称:强磁场环境下含有纳米添加物的陶瓷结合剂C B N砂轮制备技术及其磨削作㊀㊀者:李灏楠㊀㊀毕业学校:东北大学㊀㊀指导教师:于天彪㊁D r a g o sA x i n t e㊀㊀针对我国目前高性能陶瓷C B N砂轮制备方面的落后现状,本文将纳米材料技术和强磁场材料制备技术引入到了砂轮制备过程中,制得了具有特定磨粒取向和致密结合剂结构的纳米陶瓷结合剂C B N砂轮.具体研究内容包括:①将纳米材料添加至传统陶瓷结合剂配方中,并通过开展正交试验优化了纳米陶瓷结合剂的组分配方和各组分占比,制得了烧结工艺性和机械性能均优于传统结合剂的纳米陶瓷结合剂.②将强磁场材料制备技术引入至砂轮烧结过程中,制得了具有特定磨粒取向和致密结合剂结构的强磁场纳米陶瓷C B N砂轮,并对重要的制备工艺参数进行了优选.③分别针对金属和硬脆材料不同磨削去除机理,提出了考虑磨粒和工件间瞬态微观接触状态的磨后表面形貌㊁磨削力以及磨削温度仿真建模方法,为分析本文砂轮特殊结构与其磨削性能间关系提供了分析方法和手段.④通过磨削实验对比了强磁场砂轮和普通陶瓷C B N砂轮在磨后工件表面完整性㊁磨削力以及磨削温度方面的磨削性能,并对砂轮磨削性能优越性进行了定性解释.１３佳作奖论文名称:基于多视觉特征获取与融合的焊道轨迹自动识别作㊀㊀者:曾锦乐㊀㊀毕业学校:清华大学㊀㊀指导教师:都东㊀㊀在机器人化精密焊接过程中,利用视觉方法实时检测焊道实际位置,以补偿实际焊道轨迹与机器示教轨迹间的偏移,对保证焊接产品质量具有重要意义.国内外已有研究往往针对焊道与母材的几何结构特征差异,采用结构光等单一视觉特征检测方法识别焊道位置.此类基于单一视觉特征的检测方法无法适用于航空航天等领域的强镜面反射表面工件细隙焊道轨迹精密检测以及能源装备等领域的中厚板多层多道焊接轨迹自动识别等场合.本文研究了焊道区多视觉特征同步获取方法,并对多种视觉特征信息进行融合处理,获得更为准确的焊道轨迹检测结果,解决了强镜面反射表面工件细隙焊道三维轨迹自主辨识㊁中厚板多层多道焊智能排道与自动跟踪等国际焊接领域难题,并在航空航天制造㊁能源装备制造等领域开始得到应用,显示出了良好前景,为实现焊接过程智能控制提供了基础.１４佳作奖论文名称:复杂型面薄壁回转体零件旋印电解加工基础研究作㊀㊀者:王登勇㊀㊀毕业学校:南京航空航天大学㊀㊀指导教师:朱㊀荻㊁朱增伟㊀㊀机匣是一种大型薄壁回转体零件,是航空发动机的核心部件,其壁薄㊁外形结构复杂㊁材料去除量大,存在加工精度差㊁效率低等瓶颈.为此,本文提出机匣旋印电解加工技术,采用带有窗口的回转体工具电极,通过工件与工具的同步对转,实现机匣复杂凹凸形面的一次性无变形加工,对于薄壁机匣加工具有独特的优势.本文建立旋印电解加工数学模型,得出凸台动态成形规律;揭示对转脉动态下材料电化学溶解机理,得出材料蚀除速率与钝化膜破裂时间㊁电极转速的变化规律;提出钝性金属涂层及正电位辅助电极两种抑制杂散腐蚀方法,显著提高凸台成形精度;提出基于阴极窗口运动轨迹优化的回转体工具设计方法,并开发出阴极设计软件;最后,研制出旋印电解加工机床,并实现薄壁机匣样件的一次性加工成形,表面粗糙度R a可达０．２μm,最小壁厚０．９６mm,壁厚均匀性小于０．１mm,凸台轮廓精度满足设计要求.１５佳作奖论文名称:基于双高斯分层表面理论的密封摩擦磨损研究作㊀㊀者:胡松涛㊀㊀毕业学校:清华大学㊀㊀指导教师:刘向锋㊀㊀机械密封作为旋转机械的关键部件,广泛应用于核电能源㊁石油化工㊁航空航天等领域.作为密封副的 指纹 ,端面形貌在摩擦磨损中形成机理与功能性能的揭示与利用,是保证长使役周期内密封性能稳定可靠的关键内容.学者多以单层表面视角来认识表面,增加了准确表征表面形貌特征并揭示其形成机理与功能性能的难度.论文基于双高斯分层表面理论提出适 ２２１中国机械工程第３０卷第１期２０１９年１月上半月。

表面技术第52卷第12期航空零部件的金属增材制造光整加工技术研究进展刘静怡1,2，李文辉2,3*，李秀红1,2，杨胜强1,2，温学杰1,2，武荣穴1,2（1.太原理工大学 机械与运载工程学院，太原 030024；2.精密加工山西省重点实验室， 太原 030024；3.太原理工大学 航空航天学院，山西 晋中 030600）摘要：增材制造具有无需模具直接制造、材料利用率高，且对于结构复杂程度不受限制等优点，广泛应用于复杂化、轻量化的航空金属零部件一体化制造。

但由于增材制造成形的零部件存在较高的表面粗糙度、复杂的残余应力分布以及难以消除的孔隙缺陷，严重制约了其在工业上的大规模应用。

针对高使役性能航空零部件存在的表面完整性问题，概述了金属增材制造的原理及特点，总结了金属增材制造技术在航空领域的国内外应用现状，分析了金属增材制造零部件在批量生产与实际应用过程中所面临的困难与挑战。

从加工机理、加工效果、应用范围等角度，重点阐述了化学、电化学、磨粒流、滚磨、激光等光整加工技术在航空金属增材制造领域的加工适应性，并对比分析了不同光整加工技术的优缺点，探讨了多种组合技术的多能场耦合协同效应，研究内容涵盖钛合金、不锈钢、铝合金、铜合金等材料，涉及管类、格栅、点阵、薄壁、曲面、复杂型腔等零部件结构特征。

最后，针对航空金属增材制造光整加工领域的未来研究方向及关键技术作出思考与展望。

关键词：增材制造；航空金属零部件；光整加工；表面缺陷；表面粗糙度；复杂结构中图分类号：V261.8 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)12-0020-22DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.12.002Research Progress of Finishing Technology for AviationParts Built by Metal Additive ManufacturingLIU Jing-yi1,2, LI Wen-hui2,3*, LI Xiu-hong1,2, YANG Sheng-qiang1,2,WEN Xue-jie1,2, WU Rong-xue1,2(1. College of Mechanical and Vehicle Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China;2. Shanxi Key Laboratory of Precise Machining, Taiyuan 030024, China;3. College of Aeronautics and Astronautics, Taiyuan University of Technology, Shanxi Jinzhong 030600, China)ABSTRACT: Additive manufacturing has many advantages, including shape without a mold, high material utilization, and unlimited structural complexity. It is widely used in the integrated manufacturing of complex and lightweight aviation metal parts. In recent years, with the exploration of the principle and characteristics of metal additive manufacturing technology, the收稿日期：2023-09-19；修订日期：2023-11-10Received：2023-09-19；Revised：2023-11-10基金项目：国家自然科学基金（51875389、51975399、52075362）；中央引导地方科技发展资金项目（YDZJSX2022B004、YDZJSX2022A020）Fund：The National Natural Science Foundation of China (51875389, 51975399, 52075362); Central Government Guided Local Development Foundation (YDZJSX2022B004, YDZJSX2022A020)引文格式：刘静怡, 李文辉, 李秀红, 等. 航空零部件的金属增材制造光整加工技术研究进展[J]. 表面技术, 2023, 52(12): 20-41.LIU Jing-yi, LI Wen-hui, LI Xiu-hong, et al. Research Progress of Finishing Technology for Aviation Parts Built by Metal Additive Manufacturing[J]. Surface Technology, 2023, 52(12): 20-41.*通信作者（Corresponding author）第52卷第12期刘静怡，等：航空零部件的金属增材制造光整加工技术研究进展·21·variety and quality of additive manufacturing parts have been fully developed. The application status of metal additive manufacturing technology in the aviation field at home and abroad is summarized, and the difficulties and challenges faced by metal additive manufacturing parts in mass production and practical application are analyzed. At present, the application of additive manufacturing technology in the aviation field is mature abroad. Compared with foreign countries, China has also made some progress in the surface quality and mechanical properties of additive manufacturing parts. However, there are still some gaps in post-processing.The defects of additive manufacturing parts include powder adhesion, step effect, balling effect, cracks, pores, and complex residual stress distribution. Poor surface integrity affects fatigue performance and seriously restricts the large-scale application of additive manufacturing in industry. To improve the surface integrity of aviation additive manufacturing parts, this article focuses on the processing adaptability of various finishing technologies such as chemistry, electrochemistry, abrasive flow, barrel, and laser in the aviation metal additive manufacturing field. The research involves surfaces created through additive manufacturing using different materials, including titanium alloy, stainless steel, aluminum alloy, copper alloy, etc., and the influence of structural features such as tubes, grids, lattices, thin walls, curved surfaces, complex cavities, and other parts on finishing behavior. Each finishing technology’s processing mechanism and appropriate processing parameters are reviewed to determine the optimal processing strategy. The processing effects of each technology on the surface of additive manufacturing are summarized from the perspectives of surface roughness, surface hardness, micromorphology, and so on. The advantages and disadvantages of different finishing technologies are compared and analyzed.Chemical finishing and electrochemical finishing have good accessibility and usually produce no residual stress during the process, which can be applied to complex structures such as grids and arrays. However, the processing of these two finishing technologies is not very environmentally friendly, and it is difficult to accurately control the accuracy of the parts. In contrast, barrel finishing and abrasive flow machining can control the machining process very well. They usually have a high material removal rate, which can respond quickly to rough surfaces. These two finishing technologies have a long processing time and are prone to edge effects. It is necessary to control the complex flow field. Laser finishing has a high degree of automation and can be integrated with additive manufacturing systems. However, its accessibility is limited, and the processing process may increase the generation of thermal residual stress. After that, combined with the advantages and disadvantages of each finishing technology, the multi-energy field coupling synergistic effect of different combination finishing processes such as chemical-electrochemistry, mechanical-chemistry, and mechanical-electrochemistry is introduced.In the future, research on the finishing technology of aviation metal additive manufacturing parts will focus on complex features, establish a more complete theoretical framework, and lead to more innovative finishing processes.KEY WORDS: additive manufacturing; aviation metal parts; finishing processing; surface defects; surface roughness; complex construction增材制造（Additive Manufacturing，AM），俗称3D打印，是一种自下而上的新型加工技术，主要基于离散-堆积原理，应用激光束[1-2]、电子束[3]、电弧[4]等能量源，以金属、陶瓷、高分子、新型材料等作为原材料，通过高温使材料熔融后逐层累积、快速成形。

超精密加工技术广东工业大学机电工程学院魏昕一、概述¾超精密加工技术的内涵¾超精密加工技术的地位与作用¾超精密加工技术所涉及的技术领域¾超精密加工技术的现状与发展趋势一、概述1. 超精密加工技术的内涵精密加工技术：加工精度1—0.1μm，表面粗糙度Ra <0.1 μm的加工技术；超精密加工技术：加工精度<0.1μm，表面粗糙度Ra <0.02μm的加工技术；纳米加工技术：加工精度达0.001μm(1nm)，表面粗糙度Ra <0.005 μm的加工技术。

随着加工技术的不断发展，超精密加工的技术一、概述2、超精密加工技术的地位与作用（1）超精密加工技术是实现现代制造业发展目标（提高机电产品的性能、质量和发展高新技术）的重要手段。

例如，集成电路的集成度。

（2）超精密加工技术已成为国际竞争中取得成功的关键技术。

所能达到的精度水平代表了一个国家的制造业能力和水平。

（3）精密工程、微细工程和纳米技术是现代制造技术的前沿。

/序超精密机械精度要求1导弹、飞机的惯性导航系统中的气浮陀及其马达轴承尺寸精度、圆度、圆柱度要求达到亚微米级2人造卫星仪表轴承表面粗糙度达到1纳米，圆度、圆柱度达纳米级3激光陀螺反光镜表面粗糙度达纳米，平面度达0.05微米4精确制导仪表零件精度达纳米级，若其陀螺转子轴线偏离0.5纳米,就会引起100米左右射程误差5计算机硬盘驱动器、光盘、复印机的精密零件精度达100纳米6微电子芯片刻线机刻线宽度在50纳米以下7基因操作机械移动距离在纳米级，移动精度在0.1纳米(原子尺度)现代超精密机械对精度的要求超精密加工是尖端技术产品发展不可缺少的关键加工手段关系到现代飞机、潜艇、导弹性能和命中率的惯性陀螺框架；激光核聚变用的反射镜；大规模集成电路的各种基片；计算机磁盘基底及复印机磁鼓；各种高精度的光学元器件；各种硬盘及记忆体的衬底等。

×一、概述3、超精密加工技术所涉及的技术领域（1）加工技术即加工方法与加工机理。

激光原理KDP晶体的纵向应用1. KDP晶体的概述KDP（钾二氧磷酸氢氢钾）晶体是一种重要的非线性光学晶体，具有优异的光学性能和非线性效应，被广泛应用于激光技术领域。

它是一种可生长的单晶材料，具有宽的透明光谱范围，优异的物理和化学稳定性。

2. KDP晶体的激光原理KDP晶体利用非线性光学效应来产生和放大激光。

当激光通过KDP晶体时，其光子会与晶体中的电子相互作用，产生次谐波、和谐波、和混频效应等。

这些非线性效应可以将激光从一个频率转换为另一个频率，实现激光的调制、放大和变频等功能。

3. KDP晶体在激光技术中的纵向应用KDP晶体在激光技术中有多种纵向应用，下面列举了其中几个主要应用领域：3.1 激光测距KDP晶体可以用来制造激光测距系统。

激光经过KDP晶体后，可以通过非线性效应将激光频率转换到可见光或红外光谱范围。

这种转换后的激光具有较高的功率和短的脉冲宽度，可以应用于精确测量目标距离。

3.2 光通信KDP晶体在光通信领域中也有广泛应用。

它可以用来制造光电调制器和倍频器等无源光学器件，实现光信号的调制和变频。

此外，KDP晶体还可以用于激光器的频率锁定和频率稳定等关键技术。

3.3 光谱分析KDP晶体在光谱分析领域也扮演重要角色。

它可以通过非线性光学效应将激光频率转换到可见光或红外光谱范围，实现对样品的光谱分析。

这种高能量、高峰值功率的激光可以提高光谱分析的灵敏度和分辨率。

3.4 激光器KDP晶体还可以作为激光器的放大介质。

激光经过KDP晶体放大后，可以实现激光的放大和增益。

这种激光放大器具有高功率、高峰值功率和较窄的脉冲宽度等特点，广泛应用于激光材料加工、激光通讯和科学研究等领域。

4. KDP晶体的优势和挑战KDP晶体作为激光技术的关键材料，具有以下优势和挑战：4.1 优势•宽的透明光谱范围，适合多种激光波长的应用。

•高的光学非线性效应，可实现激光频率转换和调制等功能。

•较高的光学损伤阈值，可以承受高峰值功率的激光。

大连理工大学科技成果——KDP晶体微纳潮解精密与超精密加工理论与技术一、产品和技术简介：基于软脆功能晶体KDP溶于水、易潮解的特性，研制“油包水”结构抛光用微乳液，将KDP晶体易潮解这一不利于加工的特性变为抛光的有利因素。

抛光后的KDP晶体表面粗糙度rms可达1.6nm。

为一类可溶于水的软脆功能晶体开辟了一种全新的加工技术途径。

目前加工出一片可用于ICF工程的合格KDP晶体元件，需要几个月的时间，远远不能满足国家重点工程的需求。

本技术可以在改善现有加工质量的基础上，提高加工效率。

抛光出超光滑、无瑕疵的KDP 晶体仅需传统工艺几分之一的时间，加工效率成倍提高。

二、应用范围：磷酸二氢钾（KDP）晶体是一种优质非线性光学晶体，具有较大的电光及非线性光学系数、高的激光损伤阈值、低的光学吸收系数、高的光学均匀性和良好的透过波段等特点。

尤其是300×300mm以上大口径高质量的KDP晶体是光路系统中的激光倍频、电光调制和光电开关器件的非线性光学材料。

KDP晶体微纳潮解精密与超精密加工理论与技术对于提高KDP晶体在精密产品方面的应用具有重要的现实意义，同时也为其它易潮解功能晶体材料的超精密加工提供一条新的技术途径。

三、生产条件：大连理工大学机械学院精密及特种加工教育部重点实验室在各种难加工材料的超光滑表面加工理论和技术等领域具有深厚的研究基础。

研究成果广泛地应用于能源、光学和国防等领域，获得包括2008年国家技术发明一等奖在内的国家和省部级奖10余项、发明专利多项。

四、获得的专利等知识产权情况:申请发明专利2项1）一种用于软脆易潮解晶体的非水基无磨料抛光液（专利申请号：200910010268.2）2）自清洁磨抛工具（专利申请号：201210111544.6）五、成本估算:技术成本约为600万元。

六、规模与投资；用于ICF的高功率激光装置，是一项庞大而又复杂的巨型光学工程，其对光学元件的要求无论是数量上还是质量上都是空前的。

《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一一、引言钛合金作为一种具有重要工业应用价值的金属材料，因其优良的力学性能和耐腐蚀性而备受关注。

TA15钛合金作为其中的一种典型代表，其热加工性能及微观组织预测研究对于优化其加工工艺、提高材料性能具有重要意义。

本文旨在通过建立TA15钛合金热加工本构模型，以及对其微观组织进行预测研究，为TA15钛合金的加工工艺优化和性能提升提供理论支持。

二、TA15钛合金热加工本构模型1. 材料与实验方法实验材料选用TA15钛合金，通过热模拟实验，获取不同温度、应变速率及应变条件下的流变行为数据。

实验过程中，采用先进的测控设备记录相关数据，确保数据的准确性和可靠性。

2. 本构方程的建立基于实验数据，通过数学方法建立TA15钛合金的热加工本构方程。

本构方程描述了材料在热加工过程中的流变应力、温度、应变速率及应变之间的关系，是预测材料热加工行为的重要依据。

3. 本构模型的验证与应用通过将本构模型预测结果与实际实验数据进行对比，验证模型的准确性和可靠性。

同时，将本构模型应用于TA15钛合金的实际热加工过程，为优化加工工艺提供理论支持。

三、微观组织预测研究1. 微观组织观察通过金相显微镜、扫描电子显微镜等手段，观察TA15钛合金在不同热加工条件下的微观组织变化。

这些变化包括晶粒大小、形状、分布以及相的变化等。

2. 微观组织预测模型的建立基于微观组织观察结果，结合热力学和相变理论，建立TA15钛合金的微观组织预测模型。

该模型能够预测不同热加工条件下TA15钛合金的微观组织演变规律。

3. 预测结果的分析与讨论通过对预测结果的分析，揭示TA15钛合金微观组织演变与热加工条件之间的关系。

同时，结合实际加工过程中的问题，讨论如何通过调整热加工条件来优化TA15钛合金的微观组织，进而提高其力学性能和耐腐蚀性。

四、结论本文通过建立TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究，得出以下结论：1. 建立的TA15钛合金热加工本构模型能够较好地描述材料在热加工过程中的流变行为，为优化加工工艺提供理论支持。