旋转超声加工对TiBw网状钛基复合材料表面残余应力的影响

为研究不同切削条件下旋转超声加工对材料表面残余应力的影响,选取硼化钛晶须(TiB whiskers,TiBw)网状钛基复合材料为实验对象,使用镍基电铸金刚石砂轮进行旋转超声加工,并分析了加工后材料的表面残余应力。结果表明:由于钛基复合材料具有网状结构和优异的高温性能,使切削热和微观相变产生的残余应力较小,磨粒机械作用产生的残余应力更大。随着超声振动的引入,磨粒高频冲击工件表面,使旋转超声加工工件表面残余应力均大于普通磨削。在主轴转速n=9000 r/min,进给速度v f=8 mm/min,加工深度a p=25μm的加工参数下,旋转超声加工工件表面存在-540 MPa的残余压应力,随着主轴转速增大,残余应力显著减小,并且残余应力的影响层深度逐渐减小。超声振动的引入增大工件表面残余压应力,提高材料抗疲劳性能。

超磁致伸缩旋转超声加工系统研究进展

旋转超声加工是集传统旋转机加工方式和超声振动于一体的新型特种加工方法,在加工硬脆材料时具有切削力小、切削效率高、工件表面质量高、刀具寿命增长等优势。超磁致伸缩旋转超声加工系统具有相同功率条件下伸缩系数大、能量密度高等优点,在大功率、大振幅研究方面的前景广阔,是目前广受关注的一种新型旋转超声系统。因此,总结了超磁致伸缩旋转超声加工系统的核心功能部件和关键设计技术,综述了当下的超磁致伸缩旋转超声加工系统振幅控制研究现状,并展望其未来发展趋势。

超声加工铝蜂窝芯的数值模拟与试验研究

铝蜂窝在使用传统加工技术加工时容易受损。为提高铝蜂窝加工表面质量,建立铝蜂窝超声加工切削力数学模型和仿真计算模型,研究网格尺寸对仿真结果的影响,确定合适的网格尺寸,并分析不同加工参数下的切削力和表面形貌。综合评价后选用0.2 mm的网格进行仿真模拟,结果表明随着进给量、主轴转速和切削宽度数值分别增大,加工损伤明显呈下降趋势。研究结果为铝蜂窝超声辅助加工的数值模型、仿真和试验提供了基础。

2024年(第四届)全国超声加工技术研讨会在深圳举行

2024年4月12日-14日,由中国机械工程学会特种加工分会主办、南方科技大学和深圳迈菲精密有限公司承办的2024年(第四届)全国超声加工技术研讨会在深圳成功举办。本届研讨会以“智能、融合、绿色、优质、高效”为主题,旨在汇聚全国超声加工领域的专家学者,分享超声加工技术领域的最新研究成果和应用案例,探讨科研与产业的结合之路,促进我国超声加工技术更好地发展和进步。来自我国机械工程领域高等院校、科研院所及企业界的科技工作者近400人参加会议。

基于FANUC-0i mate-TD系统超声加工设备升级改造及试验研究

基于FANUC-0imate-TD系统分离式实训教学平台,进行设备升级改造。自主设计机床床身结构、外壳及防护装置,总装完成后调试设备功能一切正常。设计外圆磨削超声加工装置,通过建立模型并利用ANSYS软件对装置进行模拟仿真分析,优化结构尺寸。装置安装于设备,分别控制工件回转速度、磨削深度,对TC4合金材料分别进行普通磨削加工和超声磨削加工。对比两种加工方式下试件的表面质量得知,在超声磨削加工条件下,试件表面粗糙度值降低。对设备进行升级改造并附加超声加工系统,实现了对报废实训平台的再利用,降低了成本。

非接触供电旋转超声加工系统负载特性研究

在旋转超声波加工过程中负载的变化会引起振幅衰减,进而造成加工精度和加工效率降低。本文针对非接触供电旋转超声加工系统在加工过程中振幅衰减的问题,首先,通过静态加载实验,获得了负载对超声振子电学参数的影响规律;其后,在此基础上进行了超声振子的非接触能量传输系统的加载实验,得到负载对能量传输特性的影响规律。实验结果表明,超声振子的电学参数受负载力大小、负载力方向和被加工材料特性的共同影响而发生改变,超声振子电参数改变引起了非接触供电超声系统输出功率的改变,进而导致了振幅衰减的问题;本文采用了串联谐振下主边串联电容、副边并联电容的电路补偿方式来减小振幅的衰减。本文的研究成果为解决振幅衰减问题提供了实验依据。

超声加工制备表面微织构及使役性能研究进展

超声加工作为一种调控外部能量输入的有效途径,被广泛应用于表面成形改性制造中,通过对界面能量的精准调控,可以实现表面微织构的制备。为促进超声加工技术在表面微织构制备及提高零件使役性能方面的应用,首先,对目前表面织构制备的方法进行对比分析,重点对超声微织构制备的加工方法进行综合评述,分别从不同的振动形式及超声维数分析超声车削、铣削、磨削及超声强化制备表面微织构的特点,并就各工艺应用的局限性及亟须解决的关键问题进行总结。其次,根据各加工工艺制备的表面微织构,分别从摩擦性能、润湿性能及结构色调控等使役性能方面进行分析,主要对表面织构的摩擦磨损、摩擦系数、承载能力、接触性能和光学性能调控等内容进行阐述,结果表明超声加工制备的表面微织构在一定程度上能够提高零件耐磨性,改善表面的亲疏水状态,并能够获得相关的光学功能特性。最后,鉴于目前研究过程中有待深入的方面,对超声加工表面微织构的制备及使役性能进行展望。

功率超声加工中空泡溃灭的冲击波特性分析

研究空化冲击波效应对于功率超声加工具有重要意义。为揭示功率超声加工参数与冲击波压强之间的关系,考虑声压在空泡压缩过程中的作用,建立冲击波压强模型。通过试验与数值方法,对超声声压在功率超声加工中的作用以及功率超声加工参数对冲击波压强的影响进行分析。在此基础上,对空泡在被加工固体表面附近球形溃灭产生的冲击波进行分析,结果表明:超声声压通过改变空泡的运动来影响冲击波压强的大小;冲击波压强最大值随着声压幅值的增加而增加,随着超声频率、润滑液表面张力系数的增加而减小;冲击波经过衰减后,作用于固体表面的压强仍然可以达到吉帕级以上。

多功能数控超声加工机床设计

介绍了回转超声加工的原理,对多功能数控超声加工机床各组成部分的设计进行了详细的阐述。研制出的机床可以进行磨料冲击加工、超声磨削钻孔、超声铣削和超声雕刻四种超声加工试验,并在多功能机床上做了磨料冲击加工试验,以及超声磨削钻孔与非超声磨削钻孔加工的对比试验。

蜂窝复合材料超声加工复合变幅杆的设计

在蜂窝复合材料的超声加工中,针对阶梯形变幅杆截面交界处突变存在应力集中,不适合在高振幅的情况下工作的情况,兼顾形状因素与放大系数,设计了指数过渡段、圆锥过渡段、悬链过渡段阶梯形变幅杆。通过波动方程建立变幅杆参数方程,计算了变幅杆的谐振长度、放大倍数、节点位置。利用ANSYS软件分别对指数过渡段、圆锥过渡段、悬链过渡段阶梯形变幅杆进行有限元分析,通过调节变幅杆的长度对变幅杆进行优化。计算表明,优化后变幅杆的频率误差降低,指数过渡段、圆锥过渡段、悬链过渡段阶梯形变幅杆的谐振频率分别为20.194 kHz,19.999 kHz,19.633 kHz,放大倍数分别为5.506,4.460,6.16,最大应力分别为38.976 MPa,30.399 MPa,55.593 MPa。将简单形状变幅杆与阶梯形变幅杆相结合,既有较大的放大系数又避免了应力集中。

电泳辅助微细超声加工机床设计与实验

微细超声加工时,加工区域内的磨粒会被高频振动的工具或工件振出加工区,使加工区域出现无磨粒,导致工具与工件直接作用,影响加工质量与加工效率。为解决上述问题,提出了一种电泳辅助微细超声加工新技术。利用超微磨粒的电泳特性,通过在工具电极与辅助电极之间施加电场,溶液中的超微磨粒泳动到加工区域,甚至是附着或半附着在微细工具上,保证了加工区域磨粒的存在,从而提高微细超声加工质量、加工效率。针对新技术,设计了电泳辅助微细超声加工机床并进行了实验,机床硬件部分包括主轴设计、运动系统硬件设计、电泳辅助微细超声加工工作液槽设计及数据采集系统硬件设计;基于LabVIEW软件开发恒力控制加工控制系统,包括初始化模块、运动控制选择模块、粗对刀模块、恒力对刀模块、恒力控制加工模块以及实时显示模块。开展了微细超声加工与电泳辅助微细超声加工对比实验研究,实验结果表明,在保持其他加工参数相同的条件下,电泳辅助微细超声加工的孔边缘质量更好,微细超声加工后的孔底表面粗糙度Sa=3.008μm,而电泳辅助微细超声加工后的孔底表面粗糙度Sa=1.494μm。

超声加工技术的现状及其发展趋势

结合近年来超声加工技术的发展状况,综述了超声加工在深小孔、难加工材料、超声复合加工和微细超声加工等方面的现状,并描述了超声加工技术的发展前景。

硬脆材料旋转超声加工技术的研究现状及展望

旋转超声加工是一种复合特种加工技术,它复合了传统超声加工和普通磨削加工的材料去除方式,在提高硬脆材料去除效率、减小切削力、提高加工精度和表面完整性等方面具有显著优势。自旋转超声加工技术发明至今,国内外学者开展了大量的有关旋转超声加工装备及工艺的研究工作,并且已在几乎所有主要的硬脆难加工材料中得到实际应用。本研究在简要概述旋转超声加工技术的基本原理和发展过程基础上,总结国内外学者在材料去除机理、工艺特性、加工新形式以及装备研发等几方面的主要研究成果,并对旋转超声加工技术的发展趋势及值得关注的问题进行展望。

微细孔超声加工关键技术

为提高微细孔超声加工的微细程度和精度,研究微细孔超声加工的关键技术,包括高精度的机床本体、超声加工单元、微细工具的制备技术、微细工具几何参数的选择等。对微细工具的动态压杆稳定性进行分析,结果表明微细工具的压杆稳定性不仅与静压力有关,还与超声振幅有关。导出判别动态压杆稳定性的Mathieu方程,并经简化给出工具临界压力和临界长度的计算判据,解决因工具长度、静压力(压应力)大小和超声振幅选择不当而导致的加工中出现工具轴弯曲、折断、破坏孔的形状精度的问题。对工件振动方式的微细孔超声加工进行的试验表明,微细工具的磨损率随着进给速度和超声振幅的增大而增加。在所研制的微细超声加工系统上可加工出直径13μm的微细孔。

完全烧结氧化锆牙科陶瓷材料的旋转超声加工实验研究

针对口腔修复领域中大量应用的预烧结氧化锆陶瓷存在二次烧结加工工艺复杂、收缩率难以控制、断裂率高等问题,提出了采用旋转超声加工完全烧结氧化锆陶瓷的方法。开展了完全烧结氧化锆陶瓷的旋转超声加工和普通金刚石磨削加工实验,重点研究了主轴转速对磨削力、最大边缘碎裂尺寸及亚表面损伤特性的影响规律。通过对比分析得到,旋转超声加工不仅能降低磨削力,有效抑制完全烧结氧化锆陶瓷材料的边缘碎裂,同时明显减少了其亚表面微裂纹,是实现完全烧结氧化锆陶瓷口腔修复体低损伤加工的新途径。

超声加工及其在齿轮制造中的应用与展望

对超声加工的原理、发展历史、应用现状做了介绍,并对其应用前景与在齿轮制造业中应用的可能性进行了分析与展望。为拓展超声加工应用领域与技术发展提供借鉴。

超声加工在齿轮抗疲劳制造中的研究综述与展望

深入分析齿轮在超声加工下的表面完整性对齿轮抗疲劳性能的影响,促进超声加工在齿轮抗疲劳制造中的应用。基于超声加工的优势,分别对目前应用于齿轮加工中的超声滚齿、超声研齿、超声电化学齿轮加工和超声珩齿加工等方法进行综合分析。基于残余应力和表层组织可控的齿面加工机理,结合超声加工在表面改性技术和表面强化方面的应用,分别对在齿轮等构件中的超声冲击、超声喷丸和超声深滚强化技术进行分析。与传统齿轮加工方法相比,经过超声加工后,齿轮的表面粗糙度大幅度降低,齿面的微观形貌得以改变,表面质量显著提高。经过超声强化后的齿轮表面,表层引入了高幅值、大深度的残余压应力,表面层得到硬化,在一定程度上对裂纹的扩展起到了抑制作用,工件的抗疲劳强度得以提高,从而提高齿轮的抗疲劳能力。鉴于此,超声加工不仅可以为齿轮的抗疲劳制造提供一种新的精密高效的加工方法,而且对我国高性能齿轮制造理论的完善与工艺技术的进步具有重要意义。

旋转超声加工机床的研究

介绍了一种新型旋转超声加工机床 ,该机床采用了粗精频率跟踪的智能超声波发生器 ,提出并实现了两面定位的超声变幅杆结构。实验证明 ,整个机床运行安全可靠 。

微晶云母陶瓷微细孔超声加工正交试验

采用工件加振方式的微细超声加工方法和银钨合金工具,在厚度530μm的微晶云母陶瓷圆片上进行微细超声加工试验.通过5因素2水平正交试验分析了超声加工试验中振幅、工具进给速度和转速、工作液中金刚石磨粒粒度及金刚石质量分数对其工具体积损耗率的影响,并选择较优的参数组合,加工出孔径Φ80μm、深度530μm、孔侧壁锥度小于0.5°的微晶云母陶瓷通孔.

超声加工中局部共振机理的模拟试验研究

通过建立数学物理模型分析超声加工声学系统的动力学规律,探讨工具杆的局部共振现象,得出当工具杆发生局部共振时,变幅杆和工具杆连接处为位移节点,且此时系统处于谐振状态的结论;并推导了超声波发生器的可调频率范围与刀具杆的磨损率关系。试验利用细杆(45#)来模拟工具杆,验证了工具杆发生局部共振时,谐振频率相当接近工具杆一端固定、一端自由时的某一固有频率;并通过改变细杆的长度来模拟工具杆的磨损,验证了超声波发生器的可调频率范围与刀具杆的磨损率之间的关系。