第19届全国特种加工学术会议优秀学生报告风采展示

　　【机床商务网栏目 机床人才】第19届全国特种加工学术会议虽已落下帷幕，但余音袅袅。一系列特种加工前沿学术理论、一大批特种加工创新研究成果在大会上得到展示，给特种加工领域下一阶段的学科研究和技术发展提供了有益参考。在3月27日会议设置的6大分会场上，共有160多个报告进行了现场交流。科学引导、融合创新、高端发展，不同学术思维的碰撞为特种加工领域的学术发展延续和增强了生命力。
 

　　经推荐，有8篇学生报告被授予“第19届全国特种加工学术会议优秀学生报告”的称号。这些报告有的学术逻辑清楚、研究事实清晰，有的契合学术研究热点、体现前沿创新精神，有的结合生产实际需求、解决工程应用难题。特此集结，把这些优秀报告做一介绍，以供学习或参考，更期望特种加工领域的广大科技工作者孜孜以求，取得更多的研究成果，促进特种加工技术更好的发展。
 

　　第19届全国特种加工学术会议优秀学生报告
 

 

　　01
 

　　江苏大学  缑延强
 

　　激光冲击/刻蚀制备2024-T351铝合金超疏水性功能表面
 

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　　作者：缑延强，孟宪凯，黄舒，张宇，周建忠
 

　　单位：江苏大学机械工程学院
 

　　摘要：超疏水表面具有巨大的应用潜力，目前已探究出了气相沉积、阳极氧化、溶胶-凝胶、激光刻蚀等多种制备方法，然而这些方法疏水织构的制备过程复杂、成本较高，所制备的微纳多级超疏水织构易发生折断、脱落，基体材料力学性能较低。针对超疏水表面制备后基体材料力学性能强化问题，提出了激光冲击/刻蚀制备2024-T351铝合金超疏水性功能表面的工艺方法。研究结果表明，在激光冲击强化材料表面采用激光刻蚀的方法制备微纳多级疏水织构具有独特的优势，激光冲击的引入有效减小了激光刻蚀后基体材料的晶粒尺寸，使得第二相分布更加均匀，拉伸强度和延伸率分别提高17.3%和12.6%，并在基体材料内部产生了高幅残余压应力，提高了航空铝合金超疏水表面制备后基体材料的力学性能，促进了超疏水制备工艺在航空领域的广泛应用。
 

　　02
 

　　南方科技大学  关均铭
 

　　单晶碳化硅晶圆高效精密放电减薄技术基础研究
 

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　　作者：关均铭，赵永华
 

　　单位：南方科技大学机械与能源工程系
 

　　摘要：单晶碳化硅(SiC)作为新一代的功率半导体材料，在智能电网、新能源汽车、轨道交通、工业机器等重要领域具有广阔的应用前景；然而，单晶SiC是一种典型的高硬脆性材料，具有接近金刚石的硬度，这使得基于金刚石磨料切削的晶圆机械加工方法在加工单晶SiC时变得极其困难且成本极高。针对SiC晶圆减薄过程中存在的工具磨损严重、晶圆易受力破碎、亚表面损伤大等问题，本研究从改变材料去除机理出发，探索一种基于放电的非接触式晶圆减薄工艺方法。研究发现，基于放电的减薄方法可实现等同于机械研磨的加工效率(>10 μm/min)，可将亚表面损伤控制在1 μm以内，并得益于非接触加工特性降低了晶圆破碎风险，实现了厚度小于30 μm 的SiC晶圆减薄加工。以上结果表明，基于放电的SiC晶圆减薄方法具有一定的可行性和有效性，可为大尺寸SiC晶圆减薄加工难题提供新的解决方案。
 

　　03
 

　　太原理工大学  李赞
 

　　线电极电火花磨削微细轴表面的液体磁性磨具抛光试验研究
 

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　　作者：李赞1,2，王燕青1,2，贾建宇1,2，吕明1,2，杨胜强1,2
 

　　单位：1. 太原理工大学机械与运载工程学院；2. 精密加工山西省重点实验室
 

　　摘要：随着科学技术的发展，越来越多的高精尖产品大量应用微小零件或微结构。采用线电极电火花磨削技术制造的微细轴是一种典型的微轴类零件，然而电火花加工表面存在电蚀凹坑、重熔层和微裂纹等缺陷，难以直接应用在较高需求的场合，但可以通过抛光技术提高表面质量和去除重熔层。为此，设计了基于液体磁性磨具的抛光装置并集成到现有机床，以实现微细轴在线抛光，同时可避免因重复装夹造成的同轴度误差。对于线电极电火花磨削的直径100 μm左右的钨材质微细轴，探究了加工时间、磁场强度、主轴转速、运动轨迹、微细轴直径和磨料粒径对材料去除量和表面粗糙度的影响。结果显示，液体磁性磨具在线抛光装置可有效对钨材质微细轴进行抛光处理，有效去除因电火花加工产生的重熔层，并且抛光后线粗糙度值明显降低，数值最小可降至Ra0.019 μm。
 

　　04
 

　　北京航空航天大学  孙哲飞
 

　　紧固孔精强一体化波动式超声制孔工艺研究
 

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　　作者：孙哲飞1,2,3，耿大喜1,2,3，刘逸航1,2,3，姜兴刚1,2,3，张德远1,2,3
 

　　单位：1. 北京航空航天大学机械工程及自动化学院; 2. 北京航空航天大学仿生与微纳系统研究所; 3. 北京生物工程高精尖创新中心
 

　　摘要：当前飞机装配过程中仍大量使用紧固孔来实现结构件的机械连接，而孔是高度应力集中的部位，表面完整性直接决定了其疲劳性能。本研究提出一种紧固孔精强一体波动式超声制孔工艺方法，在制孔过程中引入垂直于孔表面的超声振动，并设计了超声椭圆换能器来完成钛合金/铝合金等制孔工艺研究。实验发现，波动式超声铰钛合金孔表面损伤明显减少，且表面粗糙度值降低了35.16%～61.96%。波动式铰孔可将孔径精度提高一级，孔径精度在H7公差范围内，这主要是由于高频断续切削带来的降力、降热效果可以使波动式铰孔工艺系统更加稳定。此外，波动式铰孔工艺可以显著增加亚表面塑性变形层深度，提高残余压应力和显微硬度，实现紧固孔结构件疲劳寿命成倍提高。
 

　　05
 

　　上海交通大学  王健
 

　　基于Hausdorff距离的圆锥曲线变步长高精度逼近
 

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　　作者：王健1,2，奚学程1,2，张亚欧1,2，赵万生1,2
 

　　单位：1. 上海交通大学机械与动力工程学院; 2. 机械系统与振动国家重点实验室
 

　　摘要：具有圆锥曲线边界及型腔的零部件被广泛应用于模具、齿轮制造等工业领域。由于标准NC代码仅支持直线和圆弧等简单几何形状，且考虑刀具补偿后的曲线往往不具有原曲线的形式，CAM系统通常采用直线段逼近曲线后生成刀具轨迹；然而，直线逼近达到较高精度时所需要的直线段长度较小且数量庞大，易造成机床冲击且加工效率较低。为此，提出基于Hausdorff距离的变步长高精度逼近算法，该算法基于曲线几何特征选择逼近曲线，根据Hausdorff距离和变步长策略控制逼近误差及逼近曲线段长度。实验证明，所提出算法可以在保证加工精度的基础上显著提升最小逼近曲线长度，降低加工代码数量，这对于减少机床冲击、速度频繁波动以及降低速度规划前瞻功能的实时计算量有着重要作用。
 

　　06
 

　　南京航空航天大学  王京涛
 

　　脉动态电解加工TiAl45XD合金试验研究
 

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　　作者：孟德满，徐正扬，王玉弟，王京涛
 

　　单位：南京航空航天大学机电学院
 

　　摘要：电解加工在航空装备的核心部件制造中获得了广泛关注和应用，但仍存在间隙内产物排出能力差和加工精度低等问题，脉动态电解加工将工具振动与脉冲给电优化耦合，改变了间隙状态，提高了产物排出能力和精度，是一种有效的解决方案。课题组在研制的脉动态电解加工机床装备上优化了给电脉宽与工具振动耦合策略，针对TiAl45XD合金开展了脉动态电解加工试验研究，并与直流振动电解加工进行了对比，详细分析了加工参数对叶片表面质量和精度的影响规律。试验结果表明，提出的脉动态电解加工方法表现出很好的工艺效果，该方法为航空发动机TiAl叶片的高精度制造提供了解决途径，并可用于其他复杂型面类部件的电解加工。
 

　　07
 

　　西南科技大学  向露
 

　　仿生超疏水表面结构的制备
 

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　　作者：向露1,2，袁卫锋1,2
 

　　单位：1. 西南科技大学制造科学与工程学院；2. 制造过程测试技术教育部重点实验室
 

　　摘要：以自然界中动植物为灵感设计的仿生超疏水表面结构在液滴定向运输研究中受到许多关注。实验中发现，冰岛野罂粟花苞表面的绒毛结构能够储存空气，使得花苞遇水呈现超疏水性，且处于绒毛丛之间的水滴能够克服重力，自行从绒毛根部运动到顶部。于是，借助仿生思想提出一种方法，通过制备毫米尺度的结构实现表面超疏水性能和液滴定向运输。首先将碳纳米管加入到光固化树脂中提高树脂固化后的强度，再以此为材料采用光固化3D打印技术在平面底板上制备表面柱杆阵列，最后将碳纳米管掺入特制的有机混合液中，以抽滤的方式附着在柱杆表面，制成仿生冰岛野罂粟花苞绒毛的超疏水结构。结果表明，将结构浸入水中时，柱杆阵列会被空气膜包围，液态水无法侵入柱杆之间的空隙而与底板接触，仿生结构呈现出优异的疏水性；另外，向柱杆阵列底部间隙中注射水滴时，水滴会从柱杆根部自行运动到柱杆端部。此仿生表面结构的疏水性能稳定、制备工艺简单，在微滴分离和液滴定向运移等领域具有潜在的应用价值。
 

　　08
 

　　南方科技大学  詹顺达
 

　　等离子体辅助微细电解加工技术基础研究
 

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　　作者：詹顺达，赵永华
 

　　单位：南方科技大学机械与能源工程系
 

　　摘要：在微细电解加工中，工具电极侧壁杂散电流以及加工间隙内传质困难问题会导致加工精度和表面质量降低，同时针对化学惰性材料以及表面易钝化材料，电解加工难以顺利进行。为拓展微细电解加工性能，提出了一种等离子体辅助微细电解加工方法。通过在工具电极表面诱导产生等离子体来强化极间传质效率，使电解产物快速从加工区域排出，从而提高电解加工表面质量，且等离子体层和气体层的包裹对工具电极起到侧壁绝缘的效果，保证了电解加工精度。另一方面，等离子体高温以及离子化过程中形成的活性粒子能提高化学惰性材料的电解加工效率。进一步地，通过实验验证了等离子体辅助微细电解加工在微结构和微棒加工上的应用。