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基于叶脉仿生微结构设计的抛光工具性能研究
1
作者 靳淇超 吕雷 +5 位作者 桑阳 袁潇 黑正强 王嘉伟 郭磊 刘晓辉 《表面技术》 北大核心 2026年第1期13-27,共15页
目的提升光学玻璃表面加工质量。方法基于荷叶叶脉分支规律,利用迭代函数系统构建具备自相似分支特征的荷叶叶脉仿生微结构模型,并应用于聚氨酯抛光垫表面结构设计。通过计算流体动力学方法对比分析无微结构、同心圆微结构、复合微结构... 目的提升光学玻璃表面加工质量。方法基于荷叶叶脉分支规律,利用迭代函数系统构建具备自相似分支特征的荷叶叶脉仿生微结构模型,并应用于聚氨酯抛光垫表面结构设计。通过计算流体动力学方法对比分析无微结构、同心圆微结构、复合微结构及仿生微结构抛光工具下磨粒分布行为。进一步考虑微结构形貌、有效磨粒数、磨粒接触力、轨迹特征等因素,建立适用于定点抛光的材料去除模型,并使用Matlab编程进行仿真模拟。最后对K9玻璃进行定点抛光实验,验证模型有效性。结果仿真结果表明,荷叶叶脉仿生微结构在相同时间内能显著提高加工区域内磨粒浓度与分布均匀性。材料去除模拟结果表明,去除深度随径向载荷、主轴转速及磨料浓度提升而增加,其中转速影响最显著。实验结果表明,理论预测与实测数据误差在5.9%~11.2%之间,表面粗糙度最低可降至(0.052±0.004)μm,轮廓趋势与仿真结果一致。结论所提出的荷叶叶脉仿生微结构抛光工具能有效改善磨粒分布,提高抛光均匀性与表面质量,且所建立的模型具备良好的预测能力。 展开更多
关键词 小磨头抛光 仿生结构 荷叶叶脉 磨粒分布 材料去除机理 抛光工具
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BK7光学玻璃化学机械抛光机理研究
2
作者 尹新城 周宇航 +1 位作者 王有良 王子恺 《表面技术》 北大核心 2026年第1期43-57,共15页
目的探究BK7光学玻璃在化学机械抛光(Chemical mechanical polishing,CMP)过程中,相关因素对BK7光学玻璃抛光表面的材料去除率(MRR)、粗糙度(Ra)的影响规律,揭示BK7光学玻璃在二氧化铈(CeO_(2))抛光液中的化学机械抛光机理,获得高效、... 目的探究BK7光学玻璃在化学机械抛光(Chemical mechanical polishing,CMP)过程中,相关因素对BK7光学玻璃抛光表面的材料去除率(MRR)、粗糙度(Ra)的影响规律,揭示BK7光学玻璃在二氧化铈(CeO_(2))抛光液中的化学机械抛光机理,获得高效、低损伤的表面抛光质量。方法采用单因素实验法进行CMP实验,比较不同抛光时间、抛光盘转速、CeO_(2)含量、抛光液p H和柠檬酸含量下的抛光效果,分析不同条件对抛光效果的影响规律,通过正交实验得到最优参数组合。结果在最优参数组合(抛光时间50 min、抛光盘转速60 r/min、抛光液pH 6、CeO_(2)磨粒的质量分数0.5%、柠檬酸的质量分数2.0%)下,抛光后表面无明显磨粒残留,MRR值为139.6µm/h,Ra为2 nm。结合XPS、EDS、纳米压痕测试表征结果,提出了BK7光学玻璃化学机械抛光去除机理,柠檬酸作为还原剂,将CeO_(2)磨粒表面的Ce^(4+)还原为Ce^(3+),形成了氧空位。随着Ce^(3+)浓度的增加,CeO_(2)磨粒与硅酸盐离子间的化学吸附增加,形成了Ce—O—Si,Ce^(3+)中的自由电子向SiO_(2)表面迁移,促进Si—O断裂,有利于CeO_(2)磨粒机械去除抛光表面的软化层,从而提高了抛光效率。结论通过加入柠檬酸,提高了CeO_(2)磨粒表面Ce^(3+)的浓度,加速了CeO_(2)磨粒与抛光表面的反应速率,促进了Si—O的断裂,有效提高了抛光效率,对于获得高质量表面的BK7光学玻璃抛光工艺优化及揭示材料去除机理具有一定指导意义。 展开更多
关键词 BK7光学玻璃 化学机械抛光 CeO_(2) 材料去除机理 PH 材料去除率
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基于磁粒研磨法的电磁铁温升研究 被引量：1
3
作者 孙岩 潘明诗 +3 位作者 刘冰洋 李厚乐 韩冰 陈燕 《表面技术》 北大核心 2025年第12期164-174,共11页
目的 探究电磁铁工作时的温度变化,并为其设计合理的散热装置。方法 以有效加工时间和管件内表面粗糙度为评价标准,通过优化电磁铁电流参数和散热条件,延长电磁铁有效加工时间,提高研磨效率。对电磁铁进行多物理场耦合仿真,采用Maxwell... 目的 探究电磁铁工作时的温度变化,并为其设计合理的散热装置。方法 以有效加工时间和管件内表面粗糙度为评价标准,通过优化电磁铁电流参数和散热条件,延长电磁铁有效加工时间,提高研磨效率。对电磁铁进行多物理场耦合仿真,采用Maxwell软件进行电磁损耗分析,将电磁损耗耦合到Fluent中进行温度场仿真,参考仿真结果设计出合理的散热装置并对电流进行优化,最后通过钛合金管内表面研磨试验确定最佳电流参数。结果 从不同角度对3A、3Hz正弦电流下的电磁铁进行风冷散热对比,1工位风冷散热后电磁铁最高仿真温度为59.5℃;2工位风冷散热后电磁铁最高仿真温度为51.3℃。2工位下,将峰值电流分别增大至3.5、4 A,风冷散热后仿真温度分别为66.9、88.9℃。对不同工况下的电磁铁温升及电流损失进行监测,在3 A、3 Hz电流下,无散热措施时,电磁铁工作15 min后到达极限工作温度,电流损失0.49 A;在散热条件下,采用3 A、3 Hz电流研磨钛合金管,电磁铁温度最终稳定在58.6℃,电流损失0.34 A。研磨40 min后,管件内表面粗糙度由原始Ra 0.601μm下降到Ra 0.172μm;采用3.5 A、3 Hz电流研磨钛合金管,电磁铁温度最终稳定在75.7℃,电流损失0.23 A。研磨20 min后,管件内表面粗糙度由原始Ra 0.618μm下降到Ra 0.223μm。结论 侧面布置散热风扇(2工位),电磁铁散热效果更好,装置运行时更加安全可靠;通过仿真模拟和研磨试验确定3 A、3 Hz为理想加工电流;采用3 A、3 Hz电流研磨时,在风冷散热作用下电磁铁无需停机散热,提高了研磨效率。 展开更多
关键词 电磁铁 磁粒研磨 电磁损耗 电磁-热-流耦合 表面质量 表面粗糙度
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镍及其合金超精密抛光技术研究进展 被引量：3
4
作者 韩嘉茹 蒋淼锦 +4 位作者 陈倚 魏雅晓 乔冬升 徐姿仪 弓爱君 《表面技术》 北大核心 2025年第1期97-109,共13页
镍及其合金作为高新技术领域的重要基础材料,对其表面质量的要求日益提升。然而,由于其韧性高、硬度高、导热系数小,可加工性较差,传统表面加工方法存在加工硬化、表面划痕、加工效率低等问题,因此对镍及其合金进行超精密抛光已成为一... 镍及其合金作为高新技术领域的重要基础材料,对其表面质量的要求日益提升。然而,由于其韧性高、硬度高、导热系数小,可加工性较差,传统表面加工方法存在加工硬化、表面划痕、加工效率低等问题,因此对镍及其合金进行超精密抛光已成为一个极其重要的研究方向。聚焦于高效率、高质量、低损伤抛光,综述了应用于镍及其合金加工的电化学抛光(ECP)、化学机械抛光(CMP)、磁流变抛光(MRF)与激光抛光(LP)技术的原理、特点以及国内外研究现状。从表面质量、抛光效率、形状限制、环境污染以及加工成本这几个方面对各超精密抛光技术进行了对比,并概述了不同抛光技术的优缺点,分析了不同种类镍合金所适用的抛光方法。归纳总结发现,ECP与CMP成本较低,是目前加工镍及其合金的主流方式,但其抛光液存在污染。MRF与LP对环境友好,可用于复杂形状表面的抛光,但操作过程复杂、成本较高。最后基于目前镍及其合金超精密抛光所存在的问题与现有的技术,对超精密抛光技术的发展趋势进行了展望,以期为进一步研究镍及其合金的超精密抛光提供理论指导。 展开更多
关键词 镍合金 抛光 材料去除机理 抛光效率 表面质量 超精密
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pH条件对铝合金化学机械抛光过程中纳米摩擦化学行为的影响 被引量：1
5
作者 朱玉广 王子睿 +3 位作者 马服辉 梅璐 王正义 王永光 《表面技术》 北大核心 2025年第2期173-181,221,共10页
目的探讨pH条件对铝合金化学机械抛光微观过程中纳米摩擦化学行为的影响,表征抛光液在铝合金表面所形成的表面薄膜厚度及力学性能,并分析铝合金化学机械抛光过程中单磨粒接触状态与摩擦学特性。方法使用0.6%(体积分数)过氧化氢(H_(2)O_(... 目的探讨pH条件对铝合金化学机械抛光微观过程中纳米摩擦化学行为的影响,表征抛光液在铝合金表面所形成的表面薄膜厚度及力学性能,并分析铝合金化学机械抛光过程中单磨粒接触状态与摩擦学特性。方法使用0.6%(体积分数)过氧化氢(H_(2)O_(2))和0.5%(质量分数)壳寡糖(COS)构成抛光液对铝合金表面进行处理,在铝合金表面反应生成的表面薄膜借助扫描电子显微镜进行细化表征。分析不同pH条件的抛光液对单磨粒/表面薄膜接触状态的影响规律,利用原子力显微镜测量了单磨粒/表面薄膜吸引力与黏附力数值。在纳米摩擦化学行为试验中,结合微观摩擦学理论模型阐明铝合金化学机械抛光过程中的摩擦化学去除机制。结果在抛光液化学反应后,铝合金表面将会形成100μm左右致密的氧化薄膜与40μm左右稀疏的氧化络合薄膜。当抛光液pH值升高至11~12时,探针针尖与铝合金表面薄膜的吸引力和黏附力将会分别降低至24.49、32.01nN。结论原子力显微镜试验和微观摩擦学理论模型的分析表明,铝合金的摩擦化学去除过程不是黏附力引起的磨粒法向接触载荷增大所产生的,而可能是抛光液的化学腐蚀作用所引起的。当化学机械抛光液pH值大于9时,铝合金表面将会形成氧化络合层,成为材料磨损加剧的主要影响因素。在界面摩擦力作用下,沉积在铝合金表面薄膜的铝原子会吸附在探针针尖OH^(*)基团上,从而产生黏合作用,探针针尖在纳米摩擦划动过程中将其除去。最后,铝合金表面薄膜呈现出更低的摩擦因数。 展开更多
关键词 铝合金 化学机械抛光 纳米摩擦学 PH值 吸引力 黏附力
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方形微孔的容积交变空化抛光方法
6
作者 李富柱 申坤伦 +4 位作者 王匀 张博 许江琦 胡龙飞 郭玉琴 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第6期628-634,648,共8页
针对结构稳定、流阻低、便于安装的方形微孔内表面抛光技术难题,提出了容积交变空化方形微孔内表面抛光的新方法,并以电火花加工的Al 1060方形微孔为研究对象,运用仿真与试验相结合的手段,构建了容积交变空泡溃灭数学模型,系统研究了时... 针对结构稳定、流阻低、便于安装的方形微孔内表面抛光技术难题,提出了容积交变空化方形微孔内表面抛光的新方法,并以电火花加工的Al 1060方形微孔为研究对象,运用仿真与试验相结合的手段,构建了容积交变空泡溃灭数学模型,系统研究了时间、频率和容积交变量等工艺参数对方形微孔空化流场及表面粗糙度的影响.结果显示,方形微孔内的容积交变空化流场含气率、湍流强度呈现周期性变化,且随频率、容积变化量的增加而不断增大;方形微孔内表面粗糙度随加工时间、频率、容积变化量的增加而不断降低,当加工时间为15.0 h、频率为70 Hz、容积变化量为20 mm时,方形微孔内表面的突起被有效去除,表面粗糙度Ra由2.356μm下降至0.767μm,粗糙度降低率达到了67%.结果表明,文中提出的容积交变空化发生方法通过动态调整含气率与湍流强度的方式,实现了对电火花加工表面微突起的有效去除,解决了传统空化抛光在方形微孔内抛光效果差的难题. 展开更多
关键词 方形微孔 容积交变 空化 抛光 表面粗糙度
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聚氨酯抛光垫特性对化学机械抛光性能的影响研究进展(特邀)
7
作者 侯长余 吴涛 +2 位作者 李凯强 周平 郭东明 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第9期20-47,共28页
化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)技术因其能够获得超光滑表面以及兼顾局部和全局平坦化的优异能力,广泛应用于光学元件加工和半导体制造等领域。聚氨酯抛光垫是CMP过程中最重要的耗材,其作用体现在将抛光液输送到工件... 化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)技术因其能够获得超光滑表面以及兼顾局部和全局平坦化的优异能力,广泛应用于光学元件加工和半导体制造等领域。聚氨酯抛光垫是CMP过程中最重要的耗材,其作用体现在将抛光液输送到工件表面,并为材料去除过程提供必要的机械载荷,对CM P工艺的表面质量、材料去除率和材料去除分布等关键性能产生显著影响。因此,聚氨酯抛光垫特性对CMP性能的影响一直是CMP领域研究的重点和热点,且已积累很多研究成果。文中从微观结构特征、宏观结构特征和力学特性三个方面综述了抛光垫特性对CMP性能影响的研究成果,分析了相关机理研究和建模方法的最新进展,探讨了当前面临的主要问题与挑战,并展望未来可能的发展方向。 展开更多
关键词 化学机械抛光 聚氨酯抛光垫 表面质量 材料去除率 材料去除分布
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等离子体选择性刻蚀单晶金刚石不同表面形貌的机理研究
8
作者 万佳奇 王成鑫 +5 位作者 黄煜华 柴智敏 程洁 潘伶 任志英 林有希 《表面技术》 北大核心 2025年第23期92-100,共9页
目的为揭示等离子体辅助抛光(Plasma-Assisted Polishing,PAP)过程中单晶金刚石表面微观形貌的演化机理,探明不同种类等离子体对复杂形貌的选择性刻蚀规律,并从原子尺度阐明其物理化学作用机制,以解决金刚石硬脆表面难以实现原子级平坦... 目的为揭示等离子体辅助抛光(Plasma-Assisted Polishing,PAP)过程中单晶金刚石表面微观形貌的演化机理,探明不同种类等离子体对复杂形貌的选择性刻蚀规律,并从原子尺度阐明其物理化学作用机制,以解决金刚石硬脆表面难以实现原子级平坦化的理论难题。方法采用反应力场分子动力学(ReaxFF MD)模拟方法,构建包含原子阶梯、圆锥凸峰和圆柱凹谷的(001)晶向单晶金刚石复杂表面模型,在室温及低能离子轰击条件下,对比分析氮(N)、氧(O)、氩(Ar)3种等离子体的刻蚀行为差异。进一步建立9种具有不同波峰高度(5~20Å,1Å=0.1 nm)和周期(5~20Å)的二维正弦粗糙表面模型,定量研究氮等离子体刻蚀效率与形貌参数的关联性,并结合原子应变、去除率及粒子撞击通量统计分析微观去除机制。结果模拟显示,尽管去除方式(化学刻蚀、表面改性或物理溅射)不同,3种等离子体均表现出一致的形貌选择性,优先去除凸峰和阶梯尖端,凹谷区域几乎未受影响。刻蚀效率与波峰高度呈正相关,与周期呈负相关;形貌越陡峭,去除效率越高。其中,波峰20Å、周期5Å的模型平坦化效果最佳,刻蚀后表面粗糙度降至8.55Å。原子结构分析表明,高陡度凸峰侧面暴露出更多具有高悬空键密度的(010)或(100)晶面,反应活性显著高于凹谷区域;同时,长周期模型凹谷处存在明显的粒子撞击遮蔽效应。结论单晶金刚石的形貌选择性刻蚀机制是宏观“几何遮蔽效应”与微观“表面曲率依赖的原子活性”协同作用的结果。PAP技术对高频高陡度粗糙峰具有极高的去除选择性,但在修正低曲率长周期波纹时存在加工自限制现象。该研究结果明确了表面曲率对原子去除活性的决定性影响,为优化硬脆材料复杂曲面的确定性平坦化工艺参数提供了理论依据。 展开更多
关键词 等离子体选择性刻蚀 单晶金刚石 表面形貌 分子动力学 原子尺度去除
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用磁性微磨料射流技术光整加工交叉深孔内壁
9
作者 王泽志 王杰 +3 位作者 马小刚 李帆 范新亚 陈燕 《金刚石与磨料磨具工程》 北大核心 2025年第2期245-255,共11页
针对交叉深孔内壁常规光整加工尺寸受限、加工不均匀、质量差等问题,结合磨料射流去除函数稳定、自适应性强等特点,用磁性微磨料射流技术对交叉深孔内壁进行光整加工以提高其质量。通过动态磁场下的磁性微磨料聚焦技术,采用有限元法和... 针对交叉深孔内壁常规光整加工尺寸受限、加工不均匀、质量差等问题,结合磨料射流去除函数稳定、自适应性强等特点,用磁性微磨料射流技术对交叉深孔内壁进行光整加工以提高其质量。通过动态磁场下的磁性微磨料聚焦技术,采用有限元法和离散元法耦合对不同参数下的磁性微磨料射流抛光交叉深孔内壁过程进行模拟,分析不同参数下的流场分布、侵蚀速率、壁面剪切力作用规律。通过响应面法对射流靶距、射流压强及喷嘴直径3参数进行优化,以孔口、孔内壁面及孔交叉部分所受的壁面剪切力和侵蚀速率的综合影响为响应值,建立响应面方程,获得最佳参数组合并进行试验验证。结果表明:利用响应面法得到的最佳工艺参数组合是射流靶距为7.0 mm,射流压强为1.0 MPa,喷嘴直径为1.4 mm;在此组合参数下加工的交叉深孔内部相贯处毛刺等缺陷被有效去除,其内壁面孔附近的表面粗糙度R_(a)从0.49μm降至0.13μm,且孔口处有较好的倒圆效果。 展开更多
关键词 磁性微磨料射流 交叉深孔 多物理场仿真 工艺参数 响应面法
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脱合金法在磁粒研磨光整加工YG20硬质合金中的研究
10
作者 王梓鉴 李厚乐 +2 位作者 马小刚 韩冰 丁云龙 《金刚石与磨料磨具工程》 北大核心 2025年第5期630-639,共10页
YG20硬质合金因其高硬度和耐磨性,在光整加工中面临较大挑战。为解决其表面材料难以定量去除的问题,采用电化学脱合金法复合磁粒研磨工艺进行光整加工。试验结果表明,当NaNO3溶液浓度为2 mol/L,电压为1.2 V,处理时间分别为1,3,5 h时,YG2... YG20硬质合金因其高硬度和耐磨性,在光整加工中面临较大挑战。为解决其表面材料难以定量去除的问题,采用电化学脱合金法复合磁粒研磨工艺进行光整加工。试验结果表明,当NaNO3溶液浓度为2 mol/L,电压为1.2 V,处理时间分别为1,3,5 h时,YG20表面形成低硬度的多孔层,维氏硬度分别降低9.6%,27.1%和48.5%,多孔层厚度分别为3.8,7.2和11.5μm。在脱合金处理的基础上进行磁粒研磨光整加工,采用粒径185μm、磁极转速800 r/min、研磨时间45 min的参数,YG20硬质合金表面多孔层被完全去除。通过脱合金复合磁粒研磨光整加工,为YG20硬质合金零件表面光整加工提供了一种新方法,显著降低了YG20表面硬度,并大幅提高了加工效率。 展开更多
关键词 YG20硬质合金 脱合金 磁粒研磨 定量去除
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激光抛光3D打印景观设计316L构件的表面质量及性能研究
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作者 张兰 陈敏 +2 位作者 高洁 李文东 吴士宾 《表面技术》 北大核心 2025年第3期162-170,181,共10页
目的本研究旨在通过激光表面抛光技术,探索提升3D打印景观设计构件的表面质量和综合性能的可行方法。通过优化激光抛光工艺参数,寻找最佳参数以显著降低构件的表面粗糙度,并提升其力学性能和耐蚀性,从而为增材制造景观构件的高效后处理... 目的本研究旨在通过激光表面抛光技术,探索提升3D打印景观设计构件的表面质量和综合性能的可行方法。通过优化激光抛光工艺参数,寻找最佳参数以显著降低构件的表面粗糙度,并提升其力学性能和耐蚀性,从而为增材制造景观构件的高效后处理提供技术支持。方法首先,采用人工神经网络模型对激光抛光工艺参数进行预测和优化,以获得最佳表面粗糙度所需的参数。随后,用该优化参数对激光选区熔化成形的316L不锈钢景观设计构件进行激光抛光,并对抛光后的表面形貌、显微组织、力学性能及耐蚀性能进行系统表征和分析。结果激光抛光技术有效地将SLM构件表面粗糙度从原始的4μm降低至0.15μm以下,并在表面形成约37.6μm厚的致密抛光层。抛光层由晶粒尺寸从1.37μm细化至0.88μm的等轴晶组成,显微硬度提升了26.7%,残余拉应力从55.7 MPa降至4.17 MPa。此外,抛光层使腐蚀电流密度降低了1个数量级,显著提高了构件的耐蚀性能。结论激光抛光通过快速凝固机制,细化了晶粒尺寸,提升了构件的硬度和耐蚀性,显著改善了SLM构件的表面质量和综合性能。 展开更多
关键词 3D打印 景观设计 激光抛光 增材制造 表面工程 组织性能
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ZG45铸钢激光淬火-抛光复合工艺参数优化研究
12
作者 庹军波 王晨阳 +2 位作者 梁强 杜彦斌 徐彬源 《表面技术》 北大核心 2025年第19期198-213,共16页
目的在低碳节能的制造背景下,为同步兼顾激光淬火性能提升和激光抛光表面质量提升的特征。方法提出了一种基于小龙虾优化算法(COA)的ZG45铸钢激光淬火-抛光复合工艺参数寻优方法。以表面粗糙度、平均淬透深度、峰谷差值和激光作用阶段... 目的在低碳节能的制造背景下,为同步兼顾激光淬火性能提升和激光抛光表面质量提升的特征。方法提出了一种基于小龙虾优化算法(COA)的ZG45铸钢激光淬火-抛光复合工艺参数寻优方法。以表面粗糙度、平均淬透深度、峰谷差值和激光作用阶段能耗作为响应目标,使用拉丁超立方(LHS)设计试验,并采用贝叶斯优化(BO)的随机森林回归模型(RF)对试验数据进行拟合,进而构建针对4个响应目标的预测模型。通过COA多目标优化算法进行工艺参数寻优,得到相应的Parato解集,利用优劣解距离法(TOPSIS)结合多准则妥协解排序法(VIKOR)对Parato解集进行综合评分排序,得到最佳工艺参数组合,即激光功率为522 W,扫描速度为12 mm/s,搭接率为70%。结果试验结果可知,模型预测值与试验真实值的误差不超过11.41%,激光淬火-抛光后表面粗糙度Ra由8.477μm下降至2.585μm,降幅为69.51%,表面显微硬度由230HV0.5升至515.8HV0.5,提升了2.24倍,表面体积磨损率由24.7×10^(−14)m^(3)/(N·m)下降至8.7×10^(−14)m^(3)/(N·m),降低64.78%;且最佳工艺参数与常规工艺参数对比时,激光作用阶段能耗由927 J降低至864 J,降幅为6.83%,表面粗糙度降低9.2%,淬透深度提升7.56%,峰谷差值降低29.89%。结论研究成果可为面向高质量低能耗的ZG45铸钢激光淬火-抛光复合工艺参数优化提供有力的参考。 展开更多
关键词 ZG45铸钢 激光复合工艺 COA多目标优化 拉丁超立方 激光能耗 拟合回归
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基于OOA-RF的H13钢激光表面硬化工艺参数优化
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作者 梁强 徐彬源 +2 位作者 徐永航 杜彦斌 李永亮 《表面技术》 北大核心 2025年第5期217-232,275,共17页
目的为提高激光作用于H13钢表面的硬化效果,提出一种基于鱼鹰优化算法(OOA)、优化随机森林算法(RF)的H13钢激光表面硬化工艺参数预测方法。方法首先采用有限元模型粗选激光功率、扫描速度、搭接率等工艺参数的范围,然后在该工艺参数范... 目的为提高激光作用于H13钢表面的硬化效果,提出一种基于鱼鹰优化算法(OOA)、优化随机森林算法(RF)的H13钢激光表面硬化工艺参数预测方法。方法首先采用有限元模型粗选激光功率、扫描速度、搭接率等工艺参数的范围,然后在该工艺参数范围下设计三因素五水平的中心复合试验(CCD),通过有限元模型得到硬化层参数。然后,分别构建响应面(RSM)、RF和基于OOA-RF的平均淬透深度、峰谷差值、峰值温度的预测模型,并对3种模型的预测精度进行分析对比。通过多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行工艺参数寻优,并结合优劣解距离法(TOPSIS)和熵权法(EWM)对寻优解集重新进行排序,从而得到最佳工艺参数组合。结果在最优工艺参数功率为517W、扫描速度为5mm/s、搭接率为48%下进行试验,得到平均淬透深度为723.3μm,与预测值的相对误差为11.15%,峰谷差值为58.75μm,与预测值的相对误差为3.77%,硬化表面平整,无明显凹陷现象,激光表面硬化前的硬度为(165.2±9.2)HV0.5,经表面硬化后提升至(381.4±86.2)HV0.5,平均硬度提高了约1.3倍。结论可为合金激光表面硬化工艺参数的寻优提供参考。 展开更多
关键词 激光表面硬化 随机森林算法 有限元模型 平均淬透深度 中心复合试验 多目标遗传算法
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预制应力提高大尺寸金刚石抛光成功率 被引量：1
14
作者 安康 张永康 +10 位作者 刘鹏 张亚琛 杨志亮 许光宇 李利军 冯旭瑞 吴海平 李鸿 张旭芳 刘峰斌 李成明 《表面技术》 北大核心 2025年第6期143-151,共9页
目的 验证预制应力方法在抛光大尺寸金刚石膜中的有效性,通过预制应力方法提高大尺寸金刚石膜的抛光成功率。方法 首先,利用拉曼光谱(Raman Shift)、X射线衍射(XRD)对金刚石膜样品进行测试,利用拉曼测试数据在有限元分析中引入金刚石膜... 目的 验证预制应力方法在抛光大尺寸金刚石膜中的有效性,通过预制应力方法提高大尺寸金刚石膜的抛光成功率。方法 首先,利用拉曼光谱(Raman Shift)、X射线衍射(XRD)对金刚石膜样品进行测试,利用拉曼测试数据在有限元分析中引入金刚石膜残余应力,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察了常温黏样抛光致样品开裂的典型断口形貌,结合有限元模拟抛光过程中金刚石膜应力变化揭示了抛光过程中升温引起的应力导致金刚石膜开裂。随后,采用有限元分析模拟了预制应力在金刚石膜中的引入过程及其在抛光过程中对拉应力的抵消作用。研究了黏接温度和夹具厚度对预制应力的影响。结果 在相同夹具厚度下,预制应力随黏样温度升高,呈近似线性增高;在相同黏样温度下,预制应力先随夹具厚度增加而快速增高,夹具厚度达到30 mm后预制应力增长速率变缓,夹具厚度达到50 mm后预制应力逐渐趋向于稳定。通过预制应力方法在夹具厚度50 mm、90℃黏样的条件下成功抛光出直径125 mm的金刚石膜。通过原子力显微镜(AFM)测试抛光过的金刚石膜晶粒内部粗糙度S_a=1nm。结论 研究结果表明,预制应力法能够有效地在金刚石膜中引入压应力,显著提高了大尺寸金刚石膜抛光成功率。 展开更多
关键词 CVD金刚石膜 有限元分析 预制应力 大尺寸金刚石膜 金刚石抛光 机械抛光
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一字形喷嘴磁性磨料射流光整加工曲面试验研究
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作者 王泽志 冯琰 +3 位作者 王梓鉴 韩月 马小刚 韩冰 《航空制造技术》 北大核心 2025年第23期88-95,共8页
采用传统喷嘴光整加工工件时,射流离开喷嘴后能量集中在中心位置,且一次性加工区域较小,使得光整加工后的工件虽然整体的表面粗糙度得到了有效降低,但易造成工件沿垂直于两个方向测量的表面粗糙度相差较大的问题。为了进一步提高磨料射... 采用传统喷嘴光整加工工件时,射流离开喷嘴后能量集中在中心位置,且一次性加工区域较小,使得光整加工后的工件虽然整体的表面粗糙度得到了有效降低,但易造成工件沿垂直于两个方向测量的表面粗糙度相差较大的问题。为了进一步提高磨料射流光整加工较薄复杂工件的表面质量,降低表面粗糙度,提高光整加工的效率,通过改变喷嘴出口形状,进而改变射流的结构,使射流能量分布得更加均匀,以提高磨料射流的光整效果和可行性。利用仿真软件分别对喷嘴的射流结构、磨料轨迹、冲蚀和剪切效果进行分析,探究一字形喷嘴光整加工的优势,通过试验验证一字形喷嘴的光整效果,并分析各影响因素对光整效果的影响,最终建立BP神经网络预测模型和粒子群参数寻优,以找到精加工的最佳光整参数。仿真分析和试验表明,一字形喷嘴能有效提高磨料射流光整加工的表面质量和降低表面粗糙度,并且提高了磨料射流光整加工的效率,减小了射流加工后对工件的影响。通过BP神经网络构建的预测模型和粒子群参数优化,当加工时间15 min、磨料粒径20μm、靶距12 mm、压强0.08 MPa时,光整加工后铝合金曲面表面粗糙度由R_(a)0.513μm降低到了R_(a)0.219μm,且沿着垂直两个方向测量表面粗糙度基本相同。通过试验验证BP神经网络预测模型准确度较高。 展开更多
关键词 一字形喷嘴 光整加工 磨料射流 BP神经网络 磁性磨料
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基于迁移学习的滚磨光整加工工艺要素决策
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作者 史玉皓 田建艳 +2 位作者 杨英波 李文辉 杨胜强 《控制工程》 北大核心 2025年第3期481-491,552,共12页
在滚磨光整加工工艺要素决策中,当特征信息分布差异较大时,采用案例推理和专家推理模型会导致出现决策不准的问题。为此,提出了加权多源自适应迁移学习算法,构建了基于迁移学习的滚磨光整加工工艺要素决策模型。首先,对待加工零件信息... 在滚磨光整加工工艺要素决策中,当特征信息分布差异较大时,采用案例推理和专家推理模型会导致出现决策不准的问题。为此,提出了加权多源自适应迁移学习算法,构建了基于迁移学习的滚磨光整加工工艺要素决策模型。首先,对待加工零件信息、加工要求、工艺要素进行了特征表征;然后,为提高算法的适用范围,在基于流形结构的多源自适应迁移学习算法(multi domain adaptation-manifold regularization,MDA-MR)中引入适配因子与Wasserstein距离;最后,针对预测目标分类过多引发的负迁移问题,设计了工艺要素相似度匹配算法,综合构建了决策模型并设计了决策界面。仿真结果表明,该模型的决策准确率更高,可以为滚磨光整加工提供更有价值的决策支持。 展开更多
关键词 迁移学习 滚磨光整 工艺要素决策 相似度匹配算法 决策界面
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主客观赋权专家推理的滚磨光整加工工艺要素决策
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作者 张浩 田建艳 +3 位作者 王良晨 史玉皓 孙家飞 杨胜强 《控制工程》 北大核心 2025年第8期1524-1536,共13页
滚磨光整加工是先进制造技术中提高零件表面质量和改善使用性能的表面完整性加工工艺,滚抛磨块、光整设备和磨液是影响滚磨光整加工效果和效率的核心工艺要素。目前,采用专家推理方法可以实现滚抛磨块决策,但应用于光整设备和磨液决策... 滚磨光整加工是先进制造技术中提高零件表面质量和改善使用性能的表面完整性加工工艺,滚抛磨块、光整设备和磨液是影响滚磨光整加工效果和效率的核心工艺要素。目前,采用专家推理方法可以实现滚抛磨块决策,但应用于光整设备和磨液决策时其准确率不理想,并且当新问题特征信息不完整时无法对工艺要素进行决策。因此,提出了基于主客观赋权专家推理(subjective and objective empowerment expert reasoning,SOE-ER)的滚磨光整加工工艺要素决策模型。首先详细阐述了分级分类规则构建过程,然后介绍了专家推理中的主客观赋权,最后搭建了基于SOE-ER模型的滚磨光整加工工艺要素决策系统,并进行了实验研究。结果表明SOE-ER模型对3种核心工艺要素均具有较高的决策准确率,可以为新问题的工艺要素决策提供合理有效的指导。 展开更多
关键词 滚磨光整加工 加工工艺要素 专家推理 主客观赋权 决策系统
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同步激光辐照对6061铝合金电化学抛光的影响
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作者 王晔 张潇楠 +5 位作者 吴国龙 杨珍珍 张群莉 张根 朴钟宇 姚建华 《表面技术》 北大核心 2025年第23期208-222,共15页
目的改善6061铝合金单一电化学抛光所存在的抛光表面不均匀、局部杂散腐蚀的问题。方法将同步激光辐照引入电化学抛光过程,以提高加工质量。利用激光共聚焦显微镜、SEM、EDS、XPS及XRD等测试手段对比研究了有无激光辐照下抛光表面粗糙... 目的改善6061铝合金单一电化学抛光所存在的抛光表面不均匀、局部杂散腐蚀的问题。方法将同步激光辐照引入电化学抛光过程,以提高加工质量。利用激光共聚焦显微镜、SEM、EDS、XPS及XRD等测试手段对比研究了有无激光辐照下抛光表面粗糙度与形貌的演变过程、材料的去除情况以及元素组分与相组成变化规律,并对抛光前后试样的润湿与耐蚀性能进行了评估。在此基础上,进一步讨论了同步激光辐照对6061铝合金电化学抛光的影响机制。结果试样经单一电化学抛光处理后表面粗糙度由729 nm降低至276 nm,较基体减小62%。引入激光同步辐照后,粗糙度进一步降低至207 nm,较基体减小72%。相较于单一电化学抛光,同步激光辐照下所制备抛光表面的O元素含量下降,腐蚀坑和难溶物显著减少,SiO_(2)含量得到降低。这些结果共同表明抛光不均匀、局部杂散腐蚀的问题得到有效改善。此外,更低粗糙度、更少的局部腐蚀坑以及更高的润湿角,使得同步激光辐照下所制备的抛光试样具有更好的耐蚀性能。结论同步激光辐照通过提升离子输运效率加快钝化层溶解,改善电流密度分布状态以及减小不同物相间溶解速率差异来提高6061铝合金电化学抛光的表面质量。 展开更多
关键词 激光辐照 电化学抛光 6061铝合金 表面粗糙度 形貌演变
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易解理铝酸镁钪晶片化学机械抛光工艺实验研究
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作者 倪自丰 季明捷 +4 位作者 陈国美 张海涛 李俊杰 卞达 钱善华 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第3期477-483,共7页
为探究化学机械抛光过程中工艺参数对铝酸镁钪晶片抛光效果的影响,该文研究了抛光压力、抛光盘转速和抛光液流量3个工艺参数在化学机械抛光过程中对晶片表面材料去除的作用规律。结果表明:适当提高抛光压力、抛光盘转速和抛光液流量有... 为探究化学机械抛光过程中工艺参数对铝酸镁钪晶片抛光效果的影响,该文研究了抛光压力、抛光盘转速和抛光液流量3个工艺参数在化学机械抛光过程中对晶片表面材料去除的作用规律。结果表明:适当提高抛光压力、抛光盘转速和抛光液流量有利于提高晶片的材料去除率和表面质量,其中抛光压力的影响最大,抛光盘转速次之,抛光液流量最小。此外,过高的抛光压力会导致晶片表面材料发生解理并出现片状剥离。因此,选择抛光压力0.2 kg/cm^(2)、抛光盘转速70 r/min、抛光液流量200 mL/min作为抛光工艺参数,铝酸镁钪晶片的材料去除率达到了5.73μm/h,且表面粗糙度值仅为1.49 nm,实现了高材料去除率的同时获得了高质量晶片表面。 展开更多
关键词 铝酸镁钪 解理材料 化学机械抛光 工艺参数
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双面抛光对石英掩模基板表面形貌的影响
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作者 张诚 秦瑞 白吉浩 《金刚石与磨料磨具工程》 北大核心 2025年第4期526-533,共8页
随着集成电路关键尺寸的缩小,晶体管密度和芯片性能持续提升。同时,随着集成电路工艺制程的不断演进,掩模基板的平坦化加工要求也日益严苛。为揭示双面化学机械抛光对石英掩模基板的抛光去除机理,利用CeO_(2)磨料自制抛光液,对6025石英... 随着集成电路关键尺寸的缩小,晶体管密度和芯片性能持续提升。同时,随着集成电路工艺制程的不断演进,掩模基板的平坦化加工要求也日益严苛。为揭示双面化学机械抛光对石英掩模基板的抛光去除机理,利用CeO_(2)磨料自制抛光液,对6025石英玻璃进行双面抛光加工,考察抛光粉粒径、抛光液浓度、抛光压力、齿圈与太阳轮转速组合对石英掩模基板材料去除率、表面形貌、平面度以及表面粗糙度的影响。结果表明,使用粒径为0.823μm的CeO_(2)抛光粉抛光后,石英玻璃表面粗糙度比使用粒径为1.231μm的CeO_(2)抛光粉降低40%;随着抛光液浓度的增大,正面平面度呈现先下降后上升的趋势,当质量分数达到14%时结果最优,而材料去除率持续增大;在0.26~0.43 MPa的压力范围内,材料去除率与压力呈线性关系,然而如果压力进一步增大,材料去除率反而减小。使用等效粒径D_(50)为0.823μm的抛光粉,配制成14%浓度的CeO_(2)抛光液,在0.43 MPa的抛光压力下,选取齿圈与太阳轮转速分别为6.54和3.08 r/min,抛光后6025石英玻璃的表面光滑(平面度为0.573μm,表面粗糙度Ra最低为0.96 nm),几乎没有划痕、中位裂纹等表面损伤,平面度和表面质量最佳。 展开更多
关键词 二氧化铈 双面抛光 掩模基板 表面形貌
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