超声铣削C/C复合材料铣削力的理论建模

在平面立铣刀轴向施加纵向超声振动,对超声铣削C/C复合材料的铣削力进行解析。考虑C/C复合材料的层状结构模型和立铣刀的几何模型,以及铣削加工中铣刀旋转为主运动的运动特征,运用斜角切削理论、等效平面和二维正交切削圆的理论对超声振动辅助铣削C/C复合材料的铣削力进行建模,获得了超声铣削中的等效平面角的变化规律。并通过数值模拟与实验讨论了超声辅助铣削加工C/C复合材料时随刀具旋转角度变化的铣削力特征。实验结果表明:铣削力的理论曲线的波形变化趋势与实际测得的铣削力的趋势一致。

超声辅助磨削球墨铸铁表面形貌及磨粒磨损研究

为了探讨超声振动对普通磨削过程的影响,采取单颗磨粒磨削试验方法,在对普通和超声辅助单颗磨粒高速磨削的表面形貌特征(切削沟槽宽度、磨削轨迹干涉)进行理论分析的基础上,对相应理论进行试验验证和分析研究,同时还对超声辅助条件下基于磨削力信号的磨粒磨损进行了分析。结果表明:与普通磨削相比,在超声振动条件下,单颗磨粒高速磨削具有磨削轨迹干涉、切削沟槽宽等特点;不同的磨削力信号特征反映了不同形式的磨粒磨损。研究结果为磨削加工过程中的实时监测提供了一定的判定依据,也为以后整个砂轮的试验研究提供了理论和技术支持。

超声辅助磨削淬硬42CrMo钢表面质量试验研究

淬硬42CrMo钢以其高强度、高韧性、优异的淬透性,适用于制造多种高载荷、交变载荷、高精密等多因素疲劳损伤失效的零件。该材料硬度高,因此普通加工方式加工难度大,加工后表面应力不可控,表面质量差。超声辅助磨削在加工硬脆材料方面具有优异性能,本文采用轴向超声振动辅助磨削方式以及普通磨削方式对淬硬42CrMo钢进行加工试验,使用各种测量仪器测量两种磨削后的42CrMo表面质量并观察分析。结果表明,两种方式加工后工件表面均有残余压应力,超声辅助磨削加工后工件表面残余压应力提高11.0%~30.8%,形貌优于普通磨削加工的粗糙度降低约80%,显微硬度高于普通磨削约10%。

超声激励薄液膜Faraday波形成机理

针对35 kHz超声激励薄液膜形成的Faraday波,采用实验和有限元仿真,对Faraday波的形成机理进行探究。建立超声激励下的两相流计算模型,采用计算流体力学(CFD)方法对Faraday波的形成过程进行有限元仿真,通过分析相图和流线图,探讨Faraday波的形成机理,得到Faraday波的振动频率约为超声激励频率的1/2。液体惯性的存在,导致超声激励与液体表面波存在不断变化的相位差,相位差变化周期约等于2个超声激励周期。通过35 k Hz超声激励薄液膜实验,在薄液膜表面观察到排列整齐的Faraday波图案,通过测量Faraday波的波长,得出实验获得的Faraday波频率约为超声激励频率的1/2,与有限元仿真结果一致。

纵向超声辅助螺旋磨削Ti_(3)Al微孔的磨削力模型研究

为建立超声辅助螺旋磨孔过程中磨削力的预测模型,充分发挥磨削力在Ti_(3)Al微孔磨削工艺参数优化中的指导作用,基于切屑断面面积理论,分析了超声振动下切削变形力和摩擦力的变化,建立了超声螺旋磨孔的磨削力模型。搭建超声辅助螺旋磨削Ti_(3)Al微孔实验平台,采集磨削力数据并与所建模型进行验证。研究结果表明,磨削力随着主轴自转速度的增大而减小,并随着进给速度的增大而增大;当超声振幅由0增大至1.6μm时,平面磨削力和轴向磨削力分别减小了27.2%和28%。超声螺旋磨孔磨削力模型的预测结果与实验数据显示出良好的一致性,数值误差保持在20%以内,为超声辅助螺旋磨削Ti_(3)Al微孔的工艺参数优化提供了理论依据。

超声振动辅助铣削SiC_(p)/Al复合材料表面质量与切屑形貌实验研究

碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有强度高、硬度高、耐高温等优良的物理及力学性能,被广泛应用于航空、航天、电子和汽车制造业等重要领域。本文以体积分数为20%的SiC_(p)/Al复合材料为研究对象,开展了纵向超声振动辅助铣削试验,重点分析了切削速度和每齿进给量对加工表面粗糙度和微观形貌的影响,并探究了切屑宏观与微观形貌的形成机理。结果表明:表面粗糙度随切削速度的增加呈先增加后降低的趋势,当切削速度从65m/min增加到125m/min时,表面粗糙度增加15.3%,而增加到145m/min时,表面粗糙度相比于125m/min的切削条件降低2.4%;表面粗糙度随每齿进给量的增加呈增大的趋势,当每齿进给量从0.02mm/z增加到0.1mm/z时,表面粗糙度数值增加129.7%;加工表面主要存在凹坑、划痕、粘屑、划伤等缺陷;切屑宏观形态为“C”状,其内表面主要存在裂纹、凹坑及破碎颗粒等特征,并且切削速度和每齿进给量均对切屑内表面形貌产生显著影响。

织构对硼掺杂金刚石涂层刀具摩擦学性能的影响

利用激光技术在硬质合金刀具上分别制备椭圆织构和沟槽织构。同时,利用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在刀具上分别制备硼掺杂无织构金刚石(Boron doped un-texture diamond film,BDUTD film)薄膜、硼掺杂椭圆织构金刚石(Boron doped elliptical textured diamond film,BDETD film)薄膜以及硼掺杂沟槽织构金刚石(Boron doped groove textured diamond film,BDGTD film)薄膜,通过摩擦磨损试验机,对不同织构形状的薄膜进行摩擦试验研究。另外,采用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)和能谱分析(EDX)对表面形貌、成分及残余物质进行分析。试验结果表明,BDUTD薄膜表现出最大平均摩擦因数,其值为0.13。BDETD以及BDGTD薄膜的平均摩擦因数分别为0.124和0.123。从磨损形貌来看,BDUTD薄膜及BDGTD薄膜对偶件的磨损直径分别为1.506 mm和1.254 mm。BDUTD薄膜的磨损表面黏附有少量团簇状的磨屑,且有破裂的金刚石晶粒出现。BDGTD薄膜的表面织构沟槽中有少量磨屑,金刚石晶粒几乎没有出现磨损。

20vol%SiC_p/Al复合材料—硬质合金摩擦磨损表面形貌研究

以YG6X硬质合金为对磨材料,借助MMUD-5摩擦磨损试验机研究了载荷、转速和温度对20vol%SiC_p/Al复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响,并采用SH-4000M扫描电镜和VHX-2000三维超景深光学显微镜对试样的摩擦磨损带进行观察。结果表明:当载荷小于150N时,表面质量较好,只有轻度涂覆现象;当载荷大于200N时,随着载荷的增加,表面质量越来越差,表面磨损主要为犁沟和剥离;在较低转速下,表面磨损主要是剥离和犁沟;在较高速度下,材料表面因较高的温度产生塑性形变,出现了裂纹和粘着磨损;当温度超过100℃后,磨损表面产生塑性变形,且随着温度升高,表面磨损由犁沟和剥离转变成粘着磨损和颗粒拔出等损伤。

大负载超声振动磨削系统的设计

设计了一种大负载超声振动磨削系统,超声系统由换能器、圆柱圆锥形变幅杆和轮辐式砂轮组成。首先将轮辐式砂轮等效成轮毂为圆柱杆、辐板与轮缘为中厚板的复合模型,利用各接触面边界连续的条件推导系统的频率方程,完成了超声磨削系统的设计,制作了实验装置并分析验证了其声学振动特性。实验结果表明:利用轮辐式砂轮复合模型求解系统频率方程,在解决大负载超声振动磨削系统设计难题上的有效性。该超声系统结构简单,声学振动特性稳定,可输出均匀的位移振幅,有望在大负载的超声磨削领域获得应用。

Ti-Al系金属间化合物精密加工研究进展

稀有材料Ti-Al系金属间化合物的本征脆性在一定程度上限制了精密加工技术的选择和在航空航天、国防等领域的应用,为促进此类材料精密加工的适应性及获得高质量的表面,本文对Ti-Al系金属间化合物的精密加工技术进行综述。首先对此类材料的特性及精密加工技术进行总体概括;其次从材料的切削性能(材料去除机理、切削力、切削温度、切屑形态和刀具磨损)对其可加工性进行分析,并对材料加工后的表面完整性(表面粗糙度、表面缺陷、残余应力、加工硬化和金相组织)进行总结;最后,对应用于Ti-Al系金属间化合物所采用的超声振动辅助加工技术进行展望,以期为此类材料的加工提供一定的理论依据和技术支撑。

切向超声振动辅助成形磨削齿轮的切削系数建模与试验研究

通过对磨粒-工件的运动特性分析,研究了切向齿轮超声成形磨削过程中分离加工机理,建立了超声振动作用下磨粒-工件的切削系数模型,得到了加工参数(砂轮速度、进给速度、超声频率和超声振幅)对切削系数的影响规律。针对切向齿轮超声成形磨削分离加工的特点,进行了齿轮超声成形磨削和普通磨削加工试验,获得不同加工参数对磨削力、磨削温度、残余应力和表面粗糙度的影响规律,并对磨削后表面的微观组织进行分析。试验结果表明:与普通磨削相比,在超声磨削过程中,磨削力、磨削温度和表面粗糙度在一定程度上得到有效的降低。三者的降低幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而减小,磨削力、磨削温度的降低幅度随着超声振幅的增加而增大,而表面粗糙度的降低幅度随着超声振幅的增加呈先增加后减小的趋势;同时,齿面的残余压应力得到提高,其增加幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而降低,随着超声振幅的增加而增大。此外,超声磨削可以显著改善齿面的纹理状态和表层的显微组织,并实现晶粒的细化。

Design of large-load ultrasonic vibration grinding system

A large-load ultrasonic vibration grinding system is designed.It is composed of a transducer,a cylindrical-conical horn,and a spoke-type grinding wheel.Firstly,the spoketype grinding wheel is equivalent to a composite model in which the hub is a cylindrical rod,the spoke and rim are medium-thick plates.Secondly,the frequency equation of the system is deduced using the continuous boundary conditions of each contact surface,the ultrasonic grinding system design is completed,and the acoustic vibration characteristics of the device are analyzed and verified.The experimental results show that the proposed model is effective for the design of large-load ultrasonic vibration grinding system.The ultrasonic system has a simple structure,stable acoustic vibration characteristics,and uniform displacement amplitude output.It is expected to be applied for large-load ultrasonic grinding.