天然金刚石刀具单激励超声椭圆振动车削

设计并制造了一种单激励夹心式纵弯复合椭圆振动车削系统。在分析超声椭圆振动切削抑制刀具崩刃机理的基础上,利用该系统进行了天然金刚石刀具振动车削铝件的试验,证实了椭圆振动切削可以有效防止刀具崩刃。

非对称结构单激励超声椭圆振动车削系统振子研究

采用在变幅杆上开槽的方式设计了一种非对称结构单激励超声椭圆振动车削系统振子,利用有限元分析软件ANSYS对该振子进行了结构动力学分析,并对其样机进行了阻抗测试和动态特性测试,验证了其单激励超声椭圆振动效果和车削系统设计方案的可行性。

超磁致伸缩单激励椭圆振动系统的设计

为了实现超声振动辅助加工,该文研制了一种超磁致伸缩单激励椭圆振动系统,其由超磁致伸缩换能器和结构不对称的弯曲振动变幅杆组成。利用各组件之间的连续边界条件,推导出超磁致伸缩换能器的频率方程,并根据Timoshenko理论设计了变幅杆。随后,利用有限元方法研究了变幅杆中的过渡圆弧对振动系统输出端头产生的椭圆轨迹的影响。振动系统的谐振频率设计值为20.486 kHz,在换能器的激励下,变幅杆产生纵向及横向振动。实验测试了振动系统的等效电阻抗、变幅杆端面处的纵向和横向振动振幅以及两者的相位差。结果表明,振动系统的实际谐振频率为20.7 kHz,带宽为187.5 Hz,纵向振幅稍大于横向振幅,多次测试后的纵横向振动的平均相位差为101◦。测试的谐振频率、变幅杆端头运动轨迹与计算结果相符。

双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统设计

由于旋转超声单一振动模式加工效率提升有限,因此采用超声振动激励源耦合法设计了一种双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统。推导弯曲波动方程,计算的弯曲超声振动系统参数与仿真结果的理论分析误差仅为5%。耦合双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统2个不同方向的振动,控制弯振频率偏差低于1%。对超声刀柄的法兰位置与形状进行有限元分析发现,开设减振槽有利于增大弯振振幅,并确定了法兰的最佳位置。对双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统的振动频率和振幅进行测试,结果表明:所设计系统在工作频率和2个方向的振幅均满足设计预期。

SiC_(p)/Al超声椭圆振动车削力热特性仿真研究

SiC_(p)/Al复合材料在航空航天、精密仪器等诸多领域发挥重要作用,但是其在加工中会出现较高的切削力和切削温度,从而降低其车削加工表面质量和精度。为探究超声椭圆振动作用及车削工艺参数对SiC_(p)/Al车削的影响,在ABAQUS中建立了SiC_(p)/Al超声椭圆振动有限元车削仿真模型,优化了SiC_(p)/Al微观几何建模方法,对车削模型进行验证并开展车削仿真试验研究。试验结果表明,超声椭圆振动车削可有效减少亚表面损伤、表面裂纹等缺陷。通过变切速和变切深单因素试验,发现随着切削速度和切削深度增加,普通和超声车削主切削力和切削温度均增大,超声椭圆振动技术可有效降低SiC_(p)/Al车削过程的主切削力和切削温度。在所选参数中,切深100μm、切速200mm/s时超声作用降低切削力作用最大;切深20μm、切速600 mm/s时超声作用降低切削温度作用最大。

新型单激励椭圆超声振动切削系统的研究

提出了一种新型的单激励纵弯复合椭圆振动切削系统的结构。通过理论分析揭示了实现振动方式转换的机理,提出了实现椭圆振动的条件和结构设计的方法。通过有限元动态数值模拟分析和实验验证了理论分析的结果。

双弯曲型单激励超声椭圆振动系统研究

通过理论分析和有限元模拟提出了采用单激励的双弯曲型椭圆超声振动系统,建立了系统的力学模型,分析了系统参数变化对椭圆轨迹的影响。提出了采用弯曲振动换能器驱动的振动系统结构及其设计方法。

基于有限元的单激励超声椭圆振动切削装置特性研究

设计了一种具有复合梁变幅杆的单激励超声椭圆振动切削装置。基于有限元分析方法,对具有不同结构参数复合梁变幅杆的单激励超声椭圆振动切削装置进行了结构动力学分析,总结了单激励超声椭圆振动切削装置的频率变化规律、振幅变化规律、X、Y、Z向振幅分量变化规律等,得出了对该单激励超声椭圆振动切削装置的加工制作具有重要指导意义的曲线和参数,并使用阻抗分析仪、激光测振仪、示波器、数据处理系统对单激励超声椭圆振动切削装置样机进行了阻抗和振动特性测试。最后对该单激励超声椭圆振动切削装置的切削性能进行了普通切削和椭圆振动切削的对比实验,验证了有限元分析方法对该装置设计的指导意义和单激励超声椭圆振动切削装置的切削性能。

基于ABAQUS的超声椭圆振动车削钛合金TC4数值分析

钛合金TC4在加工过程中会出现工件变形及黏结等问题,因此加工难度较大。利用ABAQUS软件创建仿真模型,对比了超声椭圆振动车削和常规切削对钛合金TC4力学特点的影响,并对比分析了超声椭圆振动车削钛合金TC4的切削速度、切向幅值、频率和切削深度对切削力的影响。结果表明,超声椭圆振动切削平均切削力随着切削深度及切削速度的增加而增加;随着切向幅值及振动频率的增加而减小;与常规切削相比,超声椭圆振动切削能够明显降低切削力,改善表面加工质量,提高加工效率。

二维超声振动车削6061铝合金圆筒表面粗糙度研究

目的研究分析二维超声振动车削加工中切削参数和声学参数对6061铝合金圆筒表面粗糙度的影响。方法结合二维超声振动特性,建立二维超声振动车削表面粗糙度理论模型,采用四因素四水平正交试验,获得二维超声振动车削6061铝合金圆筒过程中切削参数和声学参数对工件表面粗糙度的影响规律,选取其中4组进行二维超声振动车削与普通车削对比实验,并通过白光干涉仪和超景深显微镜对加工后的工件表面进行观测。结果正交试验结果表明,切深对加工表面粗糙度的影响不明显,超声振幅、转速、进给量对加工表面粗糙度的影响程度分别为84.35%、11.36%、4.29%。超声和无超声对比实验表明,二维超声振动车削相较于普通车削能显著降低车削表面的粗糙度,最大下降率为47.65%,最小下降率为11.27%;相比于普通车削加工,二维超声振动车削表面具有均匀分布的鱼鳞状微织构。结论加工参数对表面粗糙度影响的显著从高到低为超声振幅>转速>进给量>切深,最优加工参数为fr=0.15 mm/r、n=400 r/min、A=2μm、ap=0.2 mm。采用二维超声振动车削的加工方法,可以显著降低6061铝合金圆筒表面的粗糙度值,并且加工表面有均匀分布的鱼鳞状微织构。

钛合金超声椭圆振动辅助车削实验研究

设计钛合金超声椭圆振动辅助车削实验,获得不同超声波电源电压下刀具近似椭圆运动轨迹。分析超声椭圆振动辅助车削切削力变化规律,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削能在较大程度上降低切削力。研究超声椭圆振动辅助车削工件表面粗糙度变化规律,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削工件表面粗度Ra值略增大,Rz值明显降低。分析进给速度对切削力的影响规律,随进给速度增大,普通车削及超声椭圆振动辅助车削切削力均升高。对同一进给速度,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削切削力均降低,且随进给速度增加其降低幅度减小。对比超声椭圆振动辅助车削与普通车削工件表面形貌发现,施加超声椭圆振动后工件表面沿切削速度方向形成有规律振纹。

单激励三维超声振动辅助加工装置的设计与分析

基于超声波斜入射理论对斜槽式变幅装置复合振动机理进行分析,设计出一种具有斜槽结构的变幅杆,可在单激励条件下实现X,Y,Z三个方向的同频简谐振动。阐述了三维空间简谐运动的合成规律,使用ABAQUS有限元软件对变幅杆进行模态分析,得到了固有频率与振型,进而通过瞬时动力学分析得到了变幅杆输出端的振动特性,并通过ORIGIN数据分析软件验证了变幅杆输出端在空间中的振动轨迹为类椭圆。研究表明,变幅杆存在的特定斜槽角度使斜槽转换效率最高。

超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展

首先,阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点,着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。其次,分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的研究成果与进展,并且比较了超声椭圆振动切削与传统加工在加工性能、工件表面质量和加工精度等方面的加工优势与适用范围,以及不同超声振动装置在各切削加工中所能获得的加工效果。最后,对超声椭圆振动切削装置的发展趋势进行了总结和展望,指出该装置发展将朝着结合能场的方向发展。

基于超声椭圆振动辅助车削的铝合金表面微织构仿真

针对需要切削成形的零件,提出了在完成零件车削的同时获取微织构表面的加工方法,即超声椭圆振动辅助车削表面微织构方法。对铝合金材料构建了反映微织构表面的理论模型,以此为依据对表面微织构进行了仿真,将仿真获得的微织构单元尺寸与实验获得的微织构单元尺寸进行比较,验证了仿真模型的正确性。分析了加工参数对微织构几何尺寸的影响,给出了微织构单元几何尺寸的具体算法以及微织构单元在工件表面的排列算法,为表面微织构几何参数的优化提供了依据。

细长轴超声椭圆振动辅助车削试验

设计了铝合金细长轴超声椭圆振动辅助车削试验,测量了不同超声波电压下的刀具振幅。分析了铝合金细长轴超声振动辅助车削切削力变化规律,开展了普通车削与超声椭圆振动辅助车削单因素对比试验,对比了两种不同加工方法对切削力及细长轴不同区域表面粗糙度。试验结果表明:在相同切削参数条件下,超声椭圆振动辅助车削三个方向的切削力均小于普通车削切削力,并且随着振幅的增加切削力进一步降低。两种加工方式下细长轴的中间区域表面粗糙度均比两端差,但超声椭圆振动车削沿细长轴长度方向的表面粗糙度的均匀一致性优于普通车削。超声椭圆振动车削加工后的表面纹路较普通车削均匀缜密,且断屑效果优于普通车削,普通车削形成的切屑为连续切屑,切屑缠绕严重,而超声椭圆振动辅助车削的切屑形状为断续切屑,随着振幅的增大断屑效果提高。

基于ABAQUS的超声椭圆振动车削GH4169的切削性能研究

在GH4169镍基高温合金加工过程中,会产生严重的加工硬化现象以及因切削力过大等原因导致的难加工问题。利用ABAQUS软件建立二维正交车削有限元模型,分析GH4169超声椭圆振动车削的切削速度和振幅对切削力的影响,以及其刀具轨迹的变化情况,并与普通车削过程进行了对比分析。结果表明,在超声椭圆振动车削镍基高温合金中,切削工艺参数对切削力影响显著,选择合理的工艺参数可以有效地降低切削力,改善加工质量。

垂直于工件平面的二维超声振动辅助磨削单晶硅表面形成机制的试验研究

通过单晶硅磨削试验以及单颗金刚石磨粒划擦试验,分析垂直于工件平面的二维椭圆超声振动磨削单晶硅的表面形成机制。椭圆超声振子由压电陶瓷晶体与金属弹性体粘接制成,其伸缩模态和弯曲模态频率相同,当输入具有一定相位差的两个交流电压信号时产生二维椭圆振动。试验结果表明,由于二维椭圆振动的施加改变了单晶硅的材料去除机制,加工表面质量明显提高,表面粗糙度显著降低,磨削沟槽变浅而宽,切屑变厚而短,单晶硅材料延性域去除比例增加;通过改变超声振动振幅与磨削深度之间大小关系,可实现磨削刃对工件的连续性接触去除和断续性接触去除两种模式的转变。

单激励纵扭复合超声铣削系统研究

针对切削、焊接过程中超声复合振动能获得较高加工质量、效率及有助于延长刀具使用寿命,研究分析纵扭复合超声铣削系统运动特性及切削轨迹特征;基于斜梁振动原理,提出加工工艺简单、制造成本低的斜梁式超声变幅杆,并利用有限元软件ANSYS进行结构动力学分析,证实通过单向激励可产生纵扭复合振动;应用研制的纵扭复合超声振动铣削系统对碳纤维复合材料进行切削试验,获得较好加工效果,从而验证理论分析与数值模拟结果的正确性。

椭圆振动辅助车削7075铝合金表面微织构及其特性

为研究椭圆振动车削技术辅助微织构制备的工艺及其加工后微表面特性,采用椭圆振动原理和微织构的形成原理分析了不同转速和进给速度下的微织构变化规律,进行椭圆振动轨迹测量试验和椭圆振动车削试验,分析了装置振动轨迹、表面形貌、单个微织构几何尺寸及表面粗糙度变化情况。试验结果表明,在切削试验过程中,相比传统车削,由于车刀的空间椭圆运动轨迹,超声椭圆振动车削后表面呈现类椭圆状的微织构凹槽。由理论分析和试验结果得出,随着转速和进给速度的改变,微织构凹槽的几何尺寸、轮廓高度及表面粗糙度均会发生规律性变化。

基于有限元法和田口法的Inconel718超声椭圆振动切削参数优化

采用Advant Edge软件建立了Inconel 718超声椭圆振动车削有限元仿真模型。对比试验数据验证了有限元仿真模型的正确性。基于田口法,结合有限元法和部分析因法设计试验,获得了Inconel 718超声椭圆振动辅助车削过程中五个因子(切削深度、进给量、振动频率、振幅和切削速度)间以主切削力为指标的交互效应显著状况。根据五个因子间的交互效应显著状况并结合有限元法设计田口试验,引入田口法的信噪比分析,研究了这五个因子对主切削力的影响规律。根据各水平下各因子的信噪比分布,获得这五个因子有利于降低主切削力的最优参数组合。最后,通过对比仿真值与田口预测值,验证了田口法运用信噪比优化参数的有效性。