电流变液辅助超声抛光用于增材制造件表面抛光的加工机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51805067
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0509.加工制造
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Powder-based layered Additive Manufacturing (AM) techniques lead to high surface roughness due to balling and the partial melting of powder particles, which cannot satisfy the requirements of design and practical use. Consequently, until there is a significant step-change in the resolution of AM technology, finishing process will be a necessary step in the additive process. Cavitation bubble collapse in ultrasonic polishing can remove the partially melted structures efficiently, and a further roughness improvement could be obtained under the micro-cut and impact of micro-particles in the slurry. However, the polishing process is not stable due to the stochastic cavitation bubble collapse and particle movement, the quality of polished surface would be deteriorated again by unnecessary bubble collapse. Therefore, it is necessary to find ways for controlling the occurrence of the two actions and ensuring effective polishing. In the present research, a new electrorheological fluid-assisted (ER fluid) ultrasonic polishing process is proposed for controlling the movement of bubbles and particles in the slurry and improving the polishing performance. Simulations and experiments will be carried out simultaneously. The influence of process parameters on the bubble collapse, the micro-cut and impact of particles will be investigated before ER fluid is applied. The material removal mechanisms involved in the process will be then concluded. After that, the effect of ER fluid on the movement of bubbles and particles will be investigated and the mechanism for improving polishing performance will be discussed. Finally, an optimized polishing condition will be concluded. The results of this project would provide theoretical and technical basis for the practical use of electrorheological fluid-assisted ultrasonic polishing process.
激光增材制造技术固有的粉末粘附和球化使成型面出现球团聚集现象,导致表面粗糙,难以满足设计和使用要求,需要进一步的抛光处理。超声抛光的空化效应可以高效地去除这些球团,并且在磨料颗粒的微小切削与撞击作用下使粗糙表面得到改善。但是,超声抛光效果不可控,光滑表面有可能再次由于空化冲击而变粗糙,因此掌握控制空化气泡冲击和磨料颗粒有效抛光的方法是提高抛光效率和质量的关键。本项目拟利用电流变液辅助超声抛光来控制空化气泡和磨料颗粒的运动,增强它们的有效抛光作用,拟采用模拟计算和实验验证相结合的方法,揭示空化冲击、磨料颗粒微切削及撞击作用对抛光表面的材料去除机理,建立条件参数与加工效果的相关理论架构和模型;研究电流变效应对空化气泡和磨料颗粒运动的影响规律,总结其对抛光过程的控制机理,得出抛光的可控工艺方案。该项目的研究将为实现电流变液辅助超声抛光的应用提供相关理论和基础技术支撑。

结项摘要

粉末床激光熔融是金属增材制造技术的重要工艺之一,成型金属零件致密度高、强度好,但熔融成形过程中无法避免的粉末粘附、台阶效应、球化效应以及熔道搭接等问题导致成形表面质量差,材料和成形策略不同,表面粗糙度Ra在3~50 μm,Rz在20~150 μm,难以满足零部件在表面粗糙度方面的应用要求,必须进行光整加工后才能使用。本项目针对激光金属增材制造表面形貌特征和实际抛光需要,提出了电流变液辅助超声方法,并对其中涉及的材料去除机理进行了研究。通过有无磨粒的超声抛光实验,研究了单纯空化效应和存在磨粒冲击时的抛光能力和效果,并建立了磨粒的加速冲击模型,结合实验结果,揭示了空化和磨粒的材料去除作用;建立了电流变液辅助超声抛光实验平台,研究了电流变效应施加前后磨粒的运动状态和空化程度的变化,建立了电场分布的有限元模型,阐明了电流变效应对抛光过程的作用机制;在上述研究基础上讨论了主要工艺参数对电流变液辅助超声抛光效果的影响规律,初步掌握了优化的工艺方向。该项目实施为激光金属增材制造表面后处理抛光技术提供了新思路,通过引入电流变效应提高超声抛光的抛光能力,指导实现磨粒和空化的有效协同作用。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(2)
Material Removal in Ultrasonic Abrasive Polishing of Additive Manufactured Components
增材制造部件超声波研磨抛光中的材料去除
  • DOI:
    10.3390/app9245359
  • 发表时间:
    2019-12-01
  • 期刊:
    APPLIED SCIENCES-BASEL
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Wang, Jingsi;Zhu, Jiaqi;Liew, Pay Jun
  • 通讯作者:
    Liew, Pay Jun
Repair of ultrasonic machining induced surface/subsurface cracks by laser irradiation
通过激光照射修复超声波加工引起的表面/次表面裂纹
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    Optics and Laser Technology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Wang Jingsi;Liew Pay Jun
  • 通讯作者:
    Liew Pay Jun
Processing capabilities of micro ultrasonic machining for hard and brittle materials: SPH analysis and experimental verification
硬脆材料微超声加工的加工能力:SPH分析与实验验证
  • DOI:
    10.1016/j.precisioneng.2020.02.008
  • 发表时间:
    2020-05-01
  • 期刊:
    PRECISION ENGINEERING-JOURNAL OF THE INTERNATIONAL SOCIETIES FOR PRECISION ENGINEERING AND NANOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Wang, Jingsi;Fu, Jingguo;Shimada, Keita
  • 通讯作者:
    Shimada, Keita
Electrorheological fluid-assisted ultrasonic polishing for IN625 additively manufactured surfaces
用于 IN625 增材制造表面的电流变液辅助超声波抛光
  • DOI:
    10.1007/s00170-022-08838-5
  • 发表时间:
    2022-02-08
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Liu, Xiaohan;Wang, Jingsi;Huang, Chaoming
  • 通讯作者:
    Huang, Chaoming

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其他文献

以小脑性共济失调为主要临床表现的神经白塞病
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    脑与神经疾病杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘峥;董会卿;苏圣尧;宋晓东;王静思;吴岩;李大伟;邱占东
  • 通讯作者:
    邱占东

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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