金刚石砂轮激光-超声振动复合修整试验研究

为解决超硬磨料砂轮修整的效率低、精度差、成本高、工具磨损大等难题,提出激光-超声振动复合的新型修整方法.在超声振动修整方式的优势下,辅助以激光加热,可使砂轮表面软化、塑性增强,修整工具受力减小、磨损率降低,修整效率提高.完成了复合修整系统设计、实验平台的搭建以及试验研究.结果表明:和普通机械修整方式相比,在选择合适工艺参数下的激光-超声复合修整砂轮的砂轮形貌、单颗粒磨粒形态和砂轮磨削特性优于普通修整方式.

新型柱孔式模式转换型纵-扭复合模态超声振动系统

为了改善基于螺旋槽结构和斜槽结构的模式转换型纵-扭复合模态超声振动系统存在的结构复杂、扭转分量较小等问题,论文提出了基于新型柱孔式复合变幅杆的模式转换型纵-扭复合模态超声振动系统,并利用有限元法和数据分析对其进行了仿真分析。结果表明,引入新型柱孔式复合变幅杆的系统的输出端面的剪切应力、旋转角度得到了大幅提升,能够有效地提高纵-扭振动的转换效率。

超快激光制备高频1-3型PIN-PMN-PT复合材料超声换能器

与其他压电材料相比,1-3型压电单晶复合材料具有优异的压电性能和更匹配的声学特性,更有利于制备出性能优异的超声换能器。该文通过有限元软件COMSOL对复合材料的振动模态及阻抗特性进行了系统的研究,同时采用皮秒激光制备了高频1-3型Pb(In_(1/2)Nb_(1/2))O_(3)-Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)(PIN-PMN-PT)铁电单晶/环氧树脂复合材料,并进行了性能表征。该1-3复合材料机电耦合系数为0.65,声阻抗为19.96 MRayls。该复合材料可用于制备高频超声换能器,结果表明,换能器中心频率为17.68 MHz,-6 dB带宽为84.38%,插入损耗为-25.4 dB。

超声波法评定7B05铝合金激光-MIG复合焊接头振动时效应力消除效果

超声临界折射纵波应力测量法具有测量速度快捷、对材料无损的优点。利用拉伸法标定了7B05铝合金的超声波应力系数K,比较了超声波法和盲孔法的应力测试结果,同时还利用超声波法测量了7B05铝合金激光-MIG复合焊接头振动时效前后的残余应力。结果表明:7B05铝合金的应力系数K=5.21 MPa/ns,超声波法和盲孔法所测的残余应力分布趋势一致,但残余应力峰值大小有差异;振动时效处理可以有效消除铝合金焊接接头的残余应力,而超声波法可以方便、快捷地用于铝合金焊接接头残余应力消除效果评定。

Al_2O_3/ZrO_(2(n))微-纳米复合陶瓷超声振动精密磨削表面微观特征试验研究

基于Al2O3/ZrO2(n)微-纳米复合陶瓷的“晶内型”微观结构,应用原子力显微镜(AFM)重点分析了微-纳米复合陶瓷二维超声振动磨削表面微观形貌。结合磨削表面X射线衍射定性分析与定量计算,研究了“晶内型”微-纳米复合陶瓷材料超精密振动磨削表面变质层结构。X射线衍射分析表明:二维振动磨削和普通磨削表面均以α-Al2O3和四方相ZrO2为主,存在少量单斜相ZrO2,磨削表面无非晶相产生;磨削表层和基体之间的过渡层的X射线衍射峰具有半峰宽化现象。AFM分析结果表明:细粒度金刚石砂轮普通磨削和振动磨削表面均无微裂纹和断裂破碎,磨削表面粗糙度是由不同幅值的多种波形叠加的结果;AFM轮廓特征分析表明:二维超声振动磨削表面峰谷较均匀,磨削表面均匀一致性优于普通磨削表面;材料晶化过程中产生的固有缺陷是限制硬脆材料近纳米表面形成的重要因素。

纵-扭复合超声振动加工系统设计及频率简并研究

纵-扭复合超声振动加工技术在硬脆性材料的加工中受到越来越多的重视,针对该种需求,设计了一种纵-扭复合超声振动加工系统,基于有限元方法对该类系统普遍存在的频率简并问题进行了研究。利用数值解析方法设计出超声换能器和超声变幅杆,之后在变幅杆上做出螺旋槽,一部分纵向振动转换为扭转振动;以目标频率附近的纵、扭谐振频率尽量接近为原则,利用有限元软件分析系统的结构参数对纵、扭谐振频率的影响规律,实现频率简并;在此基础上对系统进行模态分析和瞬态动力学分析,结果表明系统可以实现纵-扭复合超声振动,验证了此种频率简并方法的有效性和实用性。

微-纳米复合陶瓷超声振动磨削的塑性-脆性转变特征研究

基于工件超声振动磨削的单磨粒运动模型,建立超声振动磨削单磨粒最大切削厚度agm ax公式;基于压痕断裂力学,给出硬脆材料超声振动磨削塑性-脆性转变临界条件,进行超声振动磨削与普通磨削对比试验,应用SEM和AFM分析陶瓷磨削表面微观形貌特征,重点研究磨削参数对其塑性-脆性转变特征的影响。研究结果表明,砂轮平均磨粒尺寸是影响塑性-脆性转变最为主要的因素,砂轮速度对其影响次之,磨削深度对塑性-脆性转变的影响最小;得出只有当agm ax小于临界切削深度agc时,才能实现硬脆材料塑性域磨削的重要结论。

纵-扭复合振动超声深滚加工工艺试验

采用正交试验法对Q235钢端面进行了纵-扭复合振动超声深滚加工,探索了工艺参数对表面粗糙度和显微硬度的影响,并基于试验结果构建了表面粗糙度和显微硬度的预测模型。试验结果表明:经纵-扭复合振动超声深滚加工后,工件表面粗糙度值显著减小,而显微硬度有大幅提高;表面粗糙度值随静压力增大先增后减,随进给量的增大而急剧增大,而随滚压速度的增大变化不明显,且进给量对表面粗糙度的影响最显著;显微硬度随静压力的增大而提高,随进给量和滚压速度的增大有微小波动,且静压力对显微硬度的影响最显著;基于t-检验与相关系数计算结果发现,进给量与静压力的交互作用对表面粗糙度的影响最大,而静压力与滚压速度的交互作用对显微硬度的影响最大。基于正交试验结果和预测模型获得了最优工艺参数,两者的结果接近,表明预测模型可靠。

纵-扭复合振动超声深滚加工试验研究

采用正交-响应曲面法对6061-T651铝合金进行纵-扭复合振动超声深滚加工和普通深滚加工对比试验,研究各工艺参数对表面粗糙度的影响。正交试验结果表明:在相同的工艺参数下,纵-扭复合振动超声深滚加工后工件的表面粗糙度值小于普通深滚加工;表面粗糙度值随着静压力、转速的增大先减后增,随着进给量的增大先增后减再增;进给量对表面粗糙度的影响最显著,静压力对表面粗糙度的影响最小。基于试验结果采用二次回归构建表面粗糙度数学模型,并采用响应曲面法分析工艺参数之间的交互作用,确定了最优工艺参数。

超声振动辅助铝/钢激光–MIG熔钎焊外观成形、组织以及拉伸性能研究

目的利用超声振动改善铝/钢对接接头界面的微观结构,降低气孔缺陷并提高接头力学性能。方法通过超声振动辅助激光–MIG焊接方法实现铝/钢异种金属连接,采用光学显微镜观察焊缝形貌,采用金相显微镜和扫描电子显微镜观察焊缝和界面微观结构,利用拉伸试验机测试接头的拉伸强度。结果超声振动的施加提高了熔融金属的润湿铺展性能,减少了焊缝中的气孔缺陷,并降低了界面层金属间化合物的厚度。带有余高和去除余高的接头拉伸强度由未加超声的175 MPa和154 MPa分别提高到189 MPa和172 MPa。结论利用超声振动的声流、空化效应有效改善了熔融金属的润湿铺展性能和界面微观结构,并在一定程度上消除了气孔缺陷,进而提高了接头的力学性能。

纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值分析

为研究平面试件在纵-扭复合振动超声深滚加工后材料应力分布及变化规律,采用有限元方法对Q345钢进行了纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值模拟。首先分析了加工后试件材料各应力分量沿深度方向的分布情况,然后研究了静压力、滚压速度、振幅和相位差对加工后材料残余应力的影响规律。结果表明:经纵-扭复合振动超声深滚加工后材料表层残余应力分布较均匀,表面为压应力,压应力沿试件深度方向先增后减;试件最大残余压应力及最大横向残余压应力深度和残余压应力层深度随静压力的增大而增大,随滚压速度的增大而减小,而表面残余压应力和最大纵向残余压应力深度无显著变化;试件横向残余压应力层深度随振幅的增加小幅度地增大,但最大残余压应力幅值和深度和纵向残余压应力层深度几无变化;相位差对残余应力影响可忽略不计。

纵-弯复合振动超声挤压加工试验研究

为研究挤压加工时静压力、进给量和挤压速度等工艺参数对试件表面质量的影响,在挤压加工中引入纵-弯复合振动后对Q235钢轴件端面进行处理,并与普通挤压加工进行对比,基于正交试验结果构建了挤压加工后表面粗糙度和表面里氏硬度二次回归预测模型.试验发现:在相同加工工艺参数下,在普通挤压加工中引入纵-弯复合超声振动后获得的表面粗糙度Ra值更小,而表面里氏硬度值显著提高;采用两种挤压加工方法后工件表面粗糙度Ra值均随着静压力和进给量的增加而增大,而挤压速度的影响很小,进给量对表面粗糙度的影响最为显著;工件经超声挤压加工时静压力越大,则获得的表面硬度越大,且表面硬度随进给量的增大先增大后减小,而普通挤压加工后表面硬度随静压力和进给量的增大先增后减,且在两种加工方式下工件表面硬度基本不受挤压速度的影响.纵-弯复合振动超声挤压加工工艺适合Q235钢表面强化处理,构建的表面粗糙度和硬度的预测模型可用于指导Q235钢表面强化处理工艺生产.

超声波对铝合金激光-电弧复合焊接影响的研究

为了解决传统铝合金焊接接头气孔数量多、晶粒粗大及力学性能差的问题,以5083-O铝合金为研究对象,进行了超声振动辅助激光-电弧复合焊接试验。研究了超声振动对铝合金焊缝气孔数量、微观组织及抗拉强度的影响,并探讨了超声波在焊接熔池中对气孔排出和组织细化的作用机理。结果表明,超声辅助焊接的焊缝气孔数量显著降低,主要归功于超声空化效应降低了铝合金熔体中的氢浓度,并促进气泡的快速逸出;超声波的空化效应和声流效应改变了熔体的压力、温度以及流动状态,使熔池的结晶条件发生改变,从而通过提高形核率和破碎枝晶细化了焊缝晶粒组织;施加超声振动后的焊缝平均拉伸强度由242.9MPa提高到270MPa,且断裂位置发生在热影响区,主要是因为焊缝区气孔减少和组织细化。此研究对深入理解铝合金焊接过程中缺陷形成机理及提高接头强度是有帮助的。

动态链接库在超声振动辅助电火花-磨削复合加工智能控制系统中的应用研究

在超声振动辅助电火花-磨削复合加工智能控制研究中,解决IPC与PMAC间的通讯问题对采用工业PC与PMAC的多CPU控制结构来实现开放式控制的系统而言是十分必要的。将动态链接库应用于超声振动辅助电火花-磨削复合加工智能控制系统,采用Windows平台下的编程语言VC++6.0,调用Pcomm32应用程序通讯驱动器中动态链接库的库函数,实现IPC与PMAC间的通讯功能。对实现大型的应用控制系统来说,此法简便,具有良好的开放性和扩展性,能满足开发要求;提高了系统开发效率,节约了系统资源。

夹心式纵-弯复合振动模式超声换能器的研制

研究了一种新型的夹心式纵－弯复合振动模式压电超声换能器．这种换能器用两套压电陶瓷片分别产生纵振动和弯曲振动．利用波动方程的通解，再加上边界条件，推出了纵振动和弯曲振动的频率方程．由频率方程设计出换能器的尺寸，使两种振动模式工作在同一频率．为验证设计理论，制做了一个频率为１０ｋＨｚ的换能器．实验结果表明，换能器的共振频率与设计值基本吻合．

超声振动辅助磨削-脉冲放电复合加工放电状态检测系统

在分析了超声振动辅助磨削-脉冲放电复合加工的放电状态基础上,利用电阻分压对间隙电压进行采样,并选用C8051F340芯片进行数据处理,应用芯片内部可编程电压比较器对间隙电压进行比较,然后将数据通过USB口传送给上位机。试验结果表明,检测系统工作正常,性能良好,能满足使用要求。

纵-扭复合振动超声深滚加工表面强化研究

目的基于纵-扭复合振动超声加工和超声深滚加工提出了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺,研究各深滚工艺参数对工件表面强度的影响,以验证二维超声振动加工技术在表面强化技术领域的应用效果。方法采用单因素试验法对6061-T651铝合金轴件分别进行纵-扭复合振动超声深滚与常规深滚加工试验,然后用MH-5数显硬度计测试每组参数下的表面显微硬度,研究静压力、工件转速和进给量对工件表面显微硬度的影响,并将两种试验结果进行对比。结果在设定工艺参数内,纵-扭复合振动超声深滚工艺所获得的表面显微硬度均高于同等加工条件下常规深滚工艺。纵-扭复合振动超声深滚加工时,表面显微硬度随静压力和工件转速的增大先增大后减小,随进给量的增大先减小后增大再减小;常规深滚加工时,表面显微硬度与静压力近似呈线性关系,且随工件转速的增大先增大后减小,随进给量的增大一直减小。结论纵-扭复合振动超声深滚加工工艺能更有效地实现6061-T651铝合金的表面强化处理。

纵-扭复合振动超声深滚加工表面形貌研究

将纵-扭复合超声振动引入到传统深滚加工中,创建纵-扭复合振动超声深滚加工工艺,阐述其加工原理;分析其滚压过程;建立其表面形成模型并理论分析表面形貌形成机理;试验对比研究两种滚压方式下工件表面的微观形貌。试验结果表明:在相同的工艺参数下,辅助纵-扭复合振动后,工件的表面微观形貌优于传统深滚加工所获得,试验结果与理论分析结果相吻合。

轴类零件纵-扭复合振动超声深滚加工运动学研究

基于纵-扭复合振动超声深滚加工原理,构建了轴件纵-扭复合振动超声深滚加工运动学模型,分别给出了普通深滚和纵-扭复合振动超声深滚加工中工具头的运动方程;研究了振动参数和滚压工艺参数对工具头运动轨迹的影响及对系统设计和加工质量的影响。研究成果可为纵-扭复合振动超声深滚加工系统设计和加工工艺参数的优化选择提供理论依据。

纵-扭复合振动超声深滚表面粗糙度研究

将纵-扭复合振动超声加工与常规深滚加工工艺相耦合,创建纵-扭复合振动超声深滚加工工艺,并对其加工原理进行阐述。理论分析了超声振动对表面粗糙度的影响;采用单因素试验法对6061-T6铝合金轴件进行常规深滚与纵-扭复合振动超声深滚处理,研究深滚工艺参数对工件表面粗糙度的影响。试验结果表明:在相同的工艺参数下,辅助纵-扭复合振动后,超声深滚所获得的表面粗糙度Ra值均小于常规深滚,且在设定参数范围内,静压力对表面粗糙度的影响最为显著,最高降低约50%。