双激励超声波椭圆振动磨削装置设计及优化

基于ANSYS Workbench多目标驱动模块对双激励超声波椭圆振动磨削(UEVG)装置进行优化设计。基于等效电路法设计前盖板是λ/4(λ为波长)复合变幅杆的半波长换能器,先后建立带有载物台的变幅杆及UEVG装置的参数化模型进行模态、谐响应分析。根据10个设计点模态分析确定变幅杆最优尺寸,在此基础上通过42个设计点仿真分析获得UEVG装置的谐振频率、节面位置与结构尺寸的关系,并优化尺寸。优化后UEVG装置的谐振频率与理论设计频率的误差为0.24%,振幅高达16.7μm。

超声椭圆振动磨削SiC陶瓷的砂轮磨损与磨削性能研究

为探究超声椭圆振动磨削下砂轮磨损机制及其磨削性能,选用SiC陶瓷为加工对象,分别开展普通磨削(Conventional grinding, CG)、超声椭圆振动磨削(Elliptical ultrasonic vibration assisted grinding, EUVAG)的砂轮磨损试验。首先,利用超景深显微镜追踪观测砂轮表面微观形貌,并表征磨粒磨损形式,包括统计分析磨粒磨耗平台面积、磨粒出刃高度等,从而揭示超声椭圆振动对砂轮磨损机理的影响;其次,分析砂轮磨损对磨削过程(磨削力、比能和材料去除率)和工件表面质量(表面粗糙度、微观形貌)的影响规律,以及不同磨损状态下砂轮主要磨削性能随加工参数的变化规律。研究表明:相比CG,EUVAG能够减少磨粒大破碎和脱落比例、增大磨耗平台面积、延缓磨粒出刃高度下降速度;随着磨损状态的增加,两种磨削方式的磨削力总体上呈先快速增长、后波动性起伏、再小幅度下降趋势;超声椭圆振动的引入可显著降低磨削比能(es),且稳定磨损阶段的降低幅度范围为12.4%~34.0%;不论CG还是EUVAG,材料去除率均随磨损状态的增加而先增长、后减小,且EUVAG在磨损状态4时,材料去除率取得最佳值38.2×10^(6)μm^(3)/mm·s;在稳定磨削阶段,两种磨削方式的划痕表面均以脆性断裂为主,但施加超声椭圆振动有助于形成延性光滑平面。此外,总体上,较高磨削速度、较低进给速度更有利于降低磨削力;在各磨损状态下,提高磨削速度是降低表面粗糙度的直接手段,但不同磨损状态下获取最低表面粗糙度的进给速度不同。

复合振动磨削用椭圆超声换能器的结构设计及ANSYS有限元分析

随着科学技术的发展,光学元件和工程陶瓷等先进材料得到广泛应用,迫切需要解决传统磨削加工硬脆性材料效率低与质量差等难题。相关研究已经证实,椭圆形超声振动辅助磨削(EUAG)方法能够实现硬脆性材料的低损伤和低应力去除。本文基于行波型超声电动机的原理,利用ANSYS有限元软件进行建模、模态分析及灵敏度分析,实现了椭圆形超声振动换能器结构参数的优化设计,并对优化模型进行了谐响应分析,得到了在相应激励下换能器椭圆振动长短轴方向的振幅值。本文利用ANSYS软件,成功优化设计了椭圆形超声振动换能器,为实现EUAG技术奠定了基础。