第19 届全国特种加工学术会议部分优秀学生报告概要展示

全体作者：缑延强，孟宪凯，黄 舒，张 宇，周建忠

作者单位：江苏大学机械工程学院

全体作者：关均铭，赵永华

作者单位：南方科技大学机械与能源工程系

全体作者：李 赞，王燕青，贾建宇，吕 明，杨胜强

作者单位：太原理工大学机械与运载工程学院

全体作者：孙哲飞，耿大喜，刘逸航，姜兴刚，张德远

作者单位：北京航空航天大学机械工程及自动化学院

全体作者：王 健，奚学程，张亚欧，赵万生

作者单位：上海交通大学机械与动力工程学院

全体作者：孟德满，徐正扬，王玉弟，王京涛

作者单位：南京航空航天大学机电学院

全体作者：向 露，袁卫锋

作者单位：西南科技大学制造科学与工程学院

全体作者：詹顺达，赵永华

作者单位：南方科技大学机械与能源工程系

编者语：第19 届全国特种加工学术会议圆满落下帷幕，会议涌现出一批优秀的学生报告。 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，在一定程度上反映出当代特种加工青年科技工作者的学术能力与学术追求。 为了贯彻落实党的二十大精神，更好地促进学术研究成果交流、鼓励青年科技工作者锐意进取，本刊特此集结，对部分优秀学生报告作简要介绍，以供广大读者学习参考。

1 《激光冲击/刻蚀制备2024-T351 铝合金超疏水性功能表面》

全体作者：缑延强，孟宪凯，黄 舒，张 宇，周建忠

作者单位：江苏大学机械工程学院

内容概要：

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。

该报告针对超疏水表面制备后基体材料力学性能强化问题，提出激光冲击/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。

2 《单晶碳化硅晶圆高效精密放电减薄技术基础研究》

全体作者：关均铭，赵永华

作者单位：南方科技大学机械与能源工程系

内容概要：

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。

该报告针对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，从改变材料去除机理出发，探索了基于放电的非接触式晶圆减薄工艺方法。 研究结果表明：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。 以上结果还表明，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。

3 《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》

全体作者：李 赞，王燕青，贾建宇，吕 明，杨胜强

作者单位：太原理工大学机械与运载工程学院

内容概要：

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。

该报告将液体磁性磨具的抛光装置集成到现有机床，实现微细轴的在线抛光，同时避免因重复装夹造成的同轴度误差。 针对线电极电火花磨削中采用的直径约100 μm 的钨材质微细轴，报告探究了加工时间、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。 研究结果表明：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。

4 《紧固孔精强一体化波动式超声制孔工艺研究》

全体作者：孙哲飞，耿大喜，刘逸航，姜兴刚，张德远

作者单位：北京航空航天大学机械工程及自动化学院

内容概要：

在飞机的装配过程中，仍有大量的紧固孔被用来实现结构件的机械连接。 由于孔是高度应力集中的部位，其表面完整性直接决定了自身的疲劳性能。

该报告对比了现有紧固孔表面强化技术，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，并且设计了超声椭圆换能器来完成了钛合金/铝合金材料紧固孔的制孔工艺研究。 研究结果表明： ①波动式超声铰钛合金孔的表面损伤明显减少， 并且其表面粗糙度值降低了35.16%～61.96%；②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和降热效果可以使波动式铰孔工艺系统变得更加稳定；③波动式铰孔工艺可显著增加孔的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地提高。

5 《基于Hausdorff 距离的圆锥曲线变步长高精度逼近》

全体作者：王 健，奚学程，张亚欧，赵万生

作者单位：上海交通大学机械与动力工程学院

内容概要：

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， 并且考虑到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直线段的长度较小且数量庞大，易造成机床冲击且加工效率较低。

该报告提出了一种基于Hausdorff（豪斯多夫）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。研究结果表明：所提出的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。

6 《脉动态电解加工TiAl45XD 合金试验研究》

全体作者：孟德满，徐正扬，王玉弟，王京涛

作者单位：南京航空航天大学机电学院

内容概要：

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。

该报告基于课题组在所研制脉动态电解加工机床装备上优化的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。 研究结果表明：该脉动态电解加工方法表现出很好的工艺效果，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。

7 《仿生超疏水表面结构的制备》

全体作者：向 露，袁卫锋

作者单位：西南科技大学制造科学与工程学院

内容概要：

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储存空气，使花苞遇水呈现超疏水性，并且处于绒毛丛之间的水滴能克服重力，自行从绒毛根部运动到顶部。

该报告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。 研究结果表明：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。

8 《仿生超疏水表面结构的制备》

全体作者：詹顺达，赵永华

作者单位：南方科技大学机械与能源工程系

内容概要：

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，同时对于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。

该报告为了拓展微细电解加工的性能，提出了一种等离子体辅助微细电解的加工方法。 研究结果表明：一方面，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，可以使电解产物快速从加工区域排出，从而提高电解加工的表面质量，并且等离子体层和气体层的包裹对工具电极能起到侧壁绝缘的效果，从而保证了电解加工的精度；另一方面，在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。 该报告还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。