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期刊信息/Journal information
机械工程学报
机械工程学报

宋天虎

半月刊

0577-6686

jme@cmes.org cjme@263.net

010-88379907

100037

北京百万庄大街22号

机械工程学报/Journal JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊进登机械工程方面的基础理论、科研设计和制造工艺等方面的学术论文，报道自然科学基金项目论文和国外学者的论文反映本学科的最新发展和最新科研成果。在国内外机械科技领域享有很高声誉，并有较大影响。曾荣获“中国期刊奖”，在中国科协、北京市和全国科技期刊评比中均获得奖励。在国内已成为机械类和力学类核心期刊。已被美国工程索引（EI）等国内外20余种文摘刊物和数据库收录。
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    序言

    李长河刘永红丁文锋安庆龙...
    1-4页
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    钛合金微槽超声螺线辅助铣磨加工试验研究

    苏志朋梁志强李娟王飞...
    5-12页
    查看更多>>摘要：微铣削是实现航空微小零件精密加工的主要方法,但是受尺寸效应影响,使用该工艺加工钛合金等塑性高且强度大的材料时,易产生严重的切削变形以及毛刺等缺陷,影响微小零件加工质量.针对钛合金微槽加工过程中出现塑性变形大以及毛刺损伤严重的问题,提出超声螺线辅助铣磨加工方法,将平面加工轨迹转变为三维螺线,进而实现微铣磨工具的端面和圆柱面与工件周期性分离,降低微铣磨力,改善微槽加工质量.开展超声辅助钛合金微槽铣磨加工仿真与试验研究,对比分析不同超声振动方式对微槽毛刺尺寸、表面质量、分形维数以及微铣磨力的影响,结果表明,相比无超声辅助、纵扭超声辅助以及切向超声辅助加工方法,超声螺线辅助加工得到毛刺尺寸最小,表面粗糙度最低,分形维数最大,微铣磨力最小.钛合金微槽加工质量得到了提高.验证了超声螺线辅助加工方法在钛合金微槽加工中的优势.

    超声振动微铣削微磨削聚晶金刚石工具钛合金

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    钛合金超声辅助等离子体氧化改性磨削基本加工特性研究

    武韩强陈卓叶曦珉张诗博...
    13-25页
    查看更多>>摘要：鉴于钛合金的难加工特性,提出了超声辅助等离子体氧化改性磨削新方法.首先介绍了新方法的加工原理,并基于加工原理构建了实验装置;其次就不同电解质溶液对等离子体氧化层生长方向,工艺参数对等离子体氧化层厚度的影响规律开展研究;随后表征等离子体氧化层表面主要化学成分、显微硬度,并利用单点磨削实验揭示等离子体氧化层的材料去除行为;最后对比有、无氧化层的磨削加工特性.研究表明:Na2SO4溶液下的氧化层主要向内生长;在工艺参数中,降低进给速度和增加超声振幅可以提升氧化层厚度;氧化层较低的硬度和疏松多裂纹结构提高了钛合金的切削加工性.相比于无氧化层的传统磨削,超声辅助等离子体氧化改性生成的氧化层可以降低磨削力,提升表面质量,减少砂轮磨粒脱落和磨屑粘附.

    钛合金超声等离子体氧化氧化层性能磨削性能

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    碳纤维增强陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工技术的研究进展

    董志刚王中旺冉乙川鲍岩...
    26-56页
    查看更多>>摘要：碳纤维增强陶瓷基复合材料(Cf/SiC复合材料)具有良好的化学和热稳定性、高比强度、耐高温以及低密度等优点,被广泛应用于航空航天、高速列车以及核能等领域.目前陶瓷基复合材料构件普遍采用近净成形技术制备,但仍需进行二次加工以满足最终装配的尺寸精度和几何公差.然而,由于Cf/SiC复合材料具有各向异性和多相非均质的材料特性,其高效低损伤加工需求备受关注.因此,系统地综述了文献报道的Cf/SiC复合材料超声振动辅助铣削加工技术相关研究进展.首先概述了陶瓷基复合材料传统机械加工以及特种能场辅助加工技术的研究现状.其次,从陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工过程中直角切削试验和有限元仿真两方面总结了材料去除机理和超声作用机制;介绍了陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削中切削力建模的方法和陶瓷基复合材料加工表面损伤及其剩余强度方面的研究.最后,分析了陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工的发展趋势以及展望未来研究方向.

    陶瓷基复合材料Cf/SiC复合材料超声振动辅助铣削材料去除机理铣削力模型加工损伤剩余强度

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    超声椭圆振动磨削SiC陶瓷的砂轮磨损与磨削性能研究

    殷振张坤戴晨伟程敬彩...
    57-74页
    查看更多>>摘要：为探究超声椭圆振动磨削下砂轮磨损机制及其磨削性能,选用SiC陶瓷为加工对象,分别开展普通磨削(Conventional grinding,CG)、超声椭圆振动磨削(Elliptical ultrasonic vibration assisted grinding,EUVAG)的砂轮磨损试验.首先,利用超景深显微镜追踪观测砂轮表面微观形貌,并表征磨粒磨损形式,包括统计分析磨粒磨耗平台面积、磨粒出刃高度等,从而揭示超声椭圆振动对砂轮磨损机理的影响;其次,分析砂轮磨损对磨削过程(磨削力、比能和材料去除率)和工件表面质量(表面粗糙度、微观形貌)的影响规律,以及不同磨损状态下砂轮主要磨削性能随加工参数的变化规律.研究表明:相比CG,EUVAG能够减少磨粒大破碎和脱落比例、增大磨耗平台面积、延缓磨粒出刃高度下降速度;随着磨损状态的增加,两种磨削方式的磨削力总体上呈先快速增长、后波动性起伏、再小幅度下降趋势;超声椭圆振动的引入可显著降低磨削比能(es),且稳定磨损阶段的降低幅度范围为12.4％～34.0％;不论CG还是EUVAG,材料去除率均随磨损状态的增加而先增长、后减小,且EUVAG在磨损状态4时,材料去除率取得最佳值38.2×106 μm3/mm s;在稳定磨削阶段,两种磨削方式的划痕表面均以脆性断裂为主,但施加超声椭圆振动有助于形成延性光滑平面.此外,总体上,较高磨削速度、较低进给速度更有利于降低磨削力;在各磨损状态下,提高磨削速度是降低表面粗糙度的直接手段,但不同磨损状态下获取最低表面粗糙度的进给速度不同.

    超声椭圆振动磨削SiC砂轮磨损磨削力工件表面质量

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    基于材料冲击特性的碳化硅超声磨削机理及亚表面损伤特征研究

    梁奉爽吴明阳刘立飞
    75-85页
    查看更多>>摘要：碳化硅是空间光学元件理想材料之一,但其磨削亚表面会产生较严重的面损伤,影响光学元件生产效率、性能发挥及使用寿命.为了更好地控制碳化硅超声磨削亚表面损伤,开展了超声辅助磨削数值仿真和试验研究,建立磨粒的运动轨迹方程,研究加工参数对运动学特性的影响规律,分析超声振动辅助对磨削过程材料去除的影响机理,讨论加工参数影响下的碳化硅超声磨削去除机理和亚表面损伤特征,建立亚表面损伤深度预测模型.结果表明,施加超声振动辅助后磨粒的运动学特性发生周期性变化,磨粒周期性地冲击工件;碳化硅在超声磨削过程中主要有三种去除方式:穿晶裂纹撕裂晶粒发生脆性断裂去除、晶界裂纹扩展至碳化硅表面导致单颗晶粒脱落以及晶界裂纹沿多颗晶粒的晶界扩展至碳化硅表面导致块状脱落;经验证,亚表面损伤深度模型预测精度较好,预测值与检测值的方差为0.219.

    碳化硅超声振动辅助磨削亚表面损伤

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    超声振动铣削加工石墨材料去除机理与加工表面质量评价

    陈守峰王成勇李伟秋丁峰...
    86-96页
    查看更多>>摘要：石墨模具铣削加工过程中存在严重的表面破碎问题,超声振动辅助加工能够显著减少表面破碎,提高加工质量.然而,目前缺少超声振动辅助铣削石墨材料的材料去除机理和加工质量评价相关研究.通过超声振动辅助铣削实验,研究了石墨材料超声振动辅助铣削去除机理和加工表面质量影响因素;分析了超声振动辅助对切削力、声发射信号强度、切屑和表面形貌特征的影响;探究了加工工艺参数对表面粗糙度的影响规律.结果表明,石墨材料铣削加工材料去除机制主要分为微破碎去除和大块破碎去除两类.超声振动辅助能够提高材料微破碎去除机制比例,提高加工质量,同时降低切削力约25％和声发射信号强度.通过工艺参数实验发现,超声振动辅助铣削条件下,降低径向切削深度和每齿进给量能够降低表面粗糙度2倍以上.选择合适的超声振幅有助于抑制表面破碎和提高加工表面质量,但是增大切削速度会削弱超声振动作用,过大的超声振幅也会导致表面质量变差.综上,超声振动辅助对抑制石墨铣削加工表面破碎具有明显效果,为进一步解决石墨加工表面破碎问题提供指导.

    超声振动铣削石墨材料去除机理表面质量

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    分离-接触特征对钛合金超声振动辅助铣削加工特性影响规律研究

    周京国张宇航隋天一行登海...
    97-113页
    查看更多>>摘要：超声振动铣削中分离-接触特征会影响钛合金的高效高质量加工,为了更深入的认识分离-接触特征对超声振动辅助铣削的影响,建立了接触率、平均切厚比的铣削模型,并提出基于平均切厚比的超声作用判别准则;通过开展铣削实验,讨论了周期性与持续性接触超声铣削中接触率与平均切厚比的作用机理;研究了不同铣削与超声参数对刀具磨损的影响规律.结果表明:在纵向超声振动辅助铣削钛合金时,分离效应与平均切厚效应共同作用使得超声加工相较于传统加工能改善加工质量,在周期性接触铣削中,刀具-工件周期性接触的间歇切削现象引起的分离效应是铣削力与表面质量改善的主要因素,在持续性接触铣削中(接触率为1),单位周期的平均切削厚度降低现象引起的平均切厚效应使得在一定范围内刀具-工件不分离也能降低铣削力,改善表面质量;Ti-6A1-4V钛合金存在临界切入速度值,约为42 m/min,合理搭配主轴转速及超声振幅可改变切入速度以防止刀具磨损,这对钛合金的高效高质量加工与工艺控制具有重要的作用.

    接触率平均切厚比超声振动辅助铣削钛合金加工特性

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    超声空化辅助金刚石线锯切割单晶硅机理分析与试验验证

    王艳何顺陈奕璋姜晨...
    114-126页
    查看更多>>摘要：金刚石线锯切割单晶硅片作为半导体制造技术中的关键一步,切片质量直接影响着芯片制造的质量和成本.提出了一种超声空化辅助金刚石线锯切割单晶硅片的方法,利用空化气泡溃灭产生的微射流和水锤压力,达到加速切屑的排出,减小锯切力,改善线锯的锯切性能,降低工件表面粗糙度的目的.基于Rayleigh方程,推导了加工区的气泡动力学方程.采用SPH-FEM耦合方法,使用ABAQUS软件建立了近壁面微射流冲击的三维流固耦合模型并进行仿真分析.微射流产生水锤压力峰值的仿真数值与理论数值最大误差为9.67％,验证了理论结果及仿真模型的可靠性.进行了超声空化辅助金刚石线锯切割单晶硅试验.结果表明:超声空化辅助线锯锯切力比传统线锯锯切力降低11.9％～34.5％,超声空化辅助线锯切割加工后的工件表面粗糙度值下降5.03％～37.25％,工件表面的凹坑数量和大小均降低,表面形貌得到很大改善,表明超声空化辅助线锯切割单晶硅可以获得更好的加工质量.

    金刚石线锯超声空化SPH-FEM耦合方法水锤压力

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    应力超声滚压表面强化机理和抗疲劳性能研究

    吴杰党嘉强李宇罡陈东...
    127-136页
    查看更多>>摘要：从理论分析角度探讨了超声滚压与单轴拉伸弹性应力场耦合的基本原理,并通过有限元模拟和实验表征依次从数值仿真和实验角度对理论分析结果进行验证,从而发展了一种先进的表面机械强化新工艺——应力超声滚压,并将其成功应用于TiB2/2024和TiB2/7050铝基复合材料表面机械强化效果的增强和抗疲劳性能的提升.结果表明,相较于普通超声滚压,应力超声滚压对TiB2/2024和TiB2/7050铝基复合材料表层压缩残余应力峰值的提升可分别达到所施加单轴拉伸弹性应力水平的45％和70％,可将压缩残余应力影响层深度提升约100 μm,从而将两种复合材料样品的疲劳极限在普通超声滚压强化的基础上分别进一步提升6％和5％.

    应力超声滚压铝基复合材料有限元模拟实验表征疲劳

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