工件超声振动电火花复合加工技术的研究

采用正交试验和信噪比两种分析方法,并基于BP神经网络,研究了工件超声振动电火花复合加工技术的两个重要方面:工艺参数优化和工艺预测模型。研究了间隙电压、峰值电流、脉冲宽度和脉冲间隔对表面粗糙度及加工时间的影响,得到了基于试验数据的预测模型。结果表明,对表面粗糙度影响最大的电参数是峰值电流,然后依次为间隙电压、脉冲间隔、脉冲宽度,最优参数组为间隙电压65V,峰值电流2A,脉冲宽度5μs,脉冲间隔70μs;对加工速度影响最大的电参数是峰值电流,然后依次为脉冲宽度、间隙电压、脉冲间隔,最优参数组为间隙电压65 V,峰值电流8 A,脉冲宽度50μs,脉冲间隔10μs。通过信噪比分析得到的结果与正交试验分析得到的结果基本相同,但信噪比分析的结果比正交试验分析的结果稳定性得到提高。

水平超声振动电火花复合加工试验研究

针对现有超声电火花加工的不足,提出了水平超声振动电火花复合加工。通过与普通电火花加工的正交试验数据对比,证明了水平超声电火花复合加工在表面成形质量和加工效率方面都有所提高。试验数据分析结果对水平超声电火花加工机理的探究以及该加工方法的实际应用具有积极的指导作用。

7075铝合金工件水平超声振动电火花复合加工试验研究

7075铝合金由于其机械性能好、抗腐蚀性强等优点在塑料模具中被广泛应用。由于塑料模具的结构通常比较复杂,一般采用电火花成型加工,但会出现加工速度慢、加工精度低等一些不足。针对上诉不足,提出了工件水平超声振动电火花复合加工。运用正交试验法,对7075铝合金分别进行普通电火花加工和工件水平超声振动电火花复合加工,综合分析两种电火花加工的正交试验结果。分析结果为7075铝合金复杂结构的高精度高效率加工提供了重要的指导意义。

电极超声振动复合电火花加工系统的设计

设计了一种电极超声振动复合电火花加工系统,主要由可编程序控制器、Z向升降机构、超声振动装置、工具电极、伺服电机等组成,能够完成工具电极的Z向平动量控制和多角度调节,从而实现工件的五面加工,可以加工尺寸较大且结构复杂的零件。介绍了电极超声振动复合电火花加工系统的结构,分析了工作原理。这一系统加工稳定,应用这一系统后,零件的加工精度和效率明显提高。

超声振动辅助电火花加工表面成形机理研究

以TC4钛合金作为工件材料,通过建立高斯热源在工件表面的分布模型,描述了单脉冲电火花加工凹坑的成形机理。为了验证模型的准确性,进行了仿真和实验验证。结果表明:通过分析仿真得到的温度场云图和实验测得的数据发现,高斯热源分布模型与两者一致。在引入超声振动后,表面粗糙度降低35%~46%,材料表面凹坑明显减少,表面形貌发生显著变化。随振幅增大,高斯热源分布曲线的最大值减小,温度场中心最高温度降低,深度变浅的表面凹坑数量增加,单个凹坑的面积增加,表面粗糙度变好。

超声振动辅助切削SiCp/Al复合材料的加工机理及试验

切削加工过程中材料损伤形式对加工表面质量会产生较大影响,现有仿真分析难以模拟真实颗粒失效行为,通过建立二维微观多相有限元模型能够深入了解材料损伤与表面质量的关系。基于常规切削(Conventional cutting,CC)与超声振动辅助切削(Ultrasonic vibration-assisted cutting,UVAC)两种加工方式,通过有限元仿真软件Abaqus对20%SiCp/Al复合材料的切削过程进行仿真模拟,阐释加工过程中刀具与工件的相互作用机理,并在同一参数下验证有限元仿真的准确性。通过设计单因素试验,对比两种加工方式及不同加工参数对切削力和表面粗糙度的影响规律,得出最佳加工参数组合,并对最佳加工参数下表面形貌进行分析。模拟和试验结果表明,SiC颗粒断裂、颗粒耕犁、颗粒拔出以及Al基体撕裂是影响SiCp/Al复合材料加工质量的主要原因,刀具与颗粒不同的相对作用位置会产生不同的损伤形式。与常规切削相比,施加超声振动后可以有效抑制颗粒失效和基体损伤,使加工中的平均切削力(主切削力)降低33%,工件已加工表面粗糙度值最大减小量为531 nm,显著提高了表面质量。所建立的二维微观多相有限元模型,能够有效模拟铝基复合材料的加工缺陷和裂纹损伤问题,对提高难加工材料的高质量表面制备有重要借鉴意义。

陶瓷基复合材料超声振动辅助加工技术研究现状

陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、高耐磨性和耐腐蚀性等一系列优点,在航空航天、特种防护等领域具有极大的应用前景,同时陶瓷基复合材料的高精度高效率加工依靠传统机械生产方式难以实现。超声振动辅助加工技术在陶瓷基复合材料的深小孔、薄壁和复杂型面加工等领域应用日益广泛,并形成了特有的行业体系,是精密、超精密制造领域发展的重要方向。针对近年来陶瓷基复合材料的超声振动辅助加工技术的发展状况,概述了陶瓷基复合材料和超声振动系统的研究现状,系统介绍了陶瓷基复合材料加工领域超声振动辅助磨削、钻削以及旋转超声加工和微细超声加工的应用和研究现状,并对超声振动辅助加工技术的应用趋势进行了总结和展望。

基于正交法的超声电火花钻削微小孔最佳加工参数研究

采用正交法研究了用于制造微小孔的高速电火花钻孔机的最优工艺参数。使用的工件材质为钛合金,铜电极直径为2.0 mm。选择要优化的参数是:截至脉冲、最大电流和标准电压。采用正交阵列L9分析了以上参数对材料去除率(MRR)和孔径的影响。获得了孔加工工艺的最佳放电加工参数,并通过实验进行了验证。

工作液超声振动辅助电火花小孔加工装置设计与试验

电火花加工小孔存在电蚀产物排出效率低导致加工效率低、电蚀产物排除导致二次放电现象影响加工精度等问题,而超声振动在工作液中产生空化效应和泵吸作用,能大幅提高电火花的排屑和消电离能力,进而在很大程度上减少上述问题的发生。设计一套工作液超声振动辅助电火花小孔加工装置,主要包括主轴系统、微三维运动平台、超声振动工作液槽和数据采集系统,其中主轴系统包括NSK电主轴、引电结构、工具电极装夹结构,可以实现工具电极的高速旋转;基于LabVIEW开发了电火花小孔加工控制系统,主要包括初始化模块、粗定位模块、恒电压对刀模块、实时电压分段控制加工模块和实时显示模块。开展了工作液超声振动辅助电火花小孔加工试验研究,试验结果表明:随电火花加工电压的增加,工件材料去除率和电极损耗率都趋于增大。

难加工材料纵扭超声振动辅助铣削加工研究进展

纵扭复合超声振动辅助铣削(LTUVAM)是在刀具轴向与扭转方向上施加高频微幅振动的一种辅助铣削技术,具有降低切削力与切削热、提高工件表面质量、提高表面残余压应力、减少刀具磨损等诸多优点。本文围绕难加工材料的铣削加工进行了系统综述。在设备制造方面,阐述了纵扭复合超声振动系统的结构设计方法与工作原理;在工艺开发方面,从LTUVAM的切削刃运动轨迹及切削特性入手,分析各类材料的切削加工性能,并总结了LTUVAM的优势及应用。最后,本文对LTUVAM的未来发展趋势进行展望。

纵扭超声振动电火花加工微小孔仿真研究

超声振动电火花加工是一种高效加工微小孔的新型加工方法,能够提高加工效率与精度。对纵扭超声振动电火花加工微小孔进行研究,建立描述电极丝周围间隙工作液流动特性的数学模型,使用Fluent对数学模型进行验证,同时加入切屑,对间隙工作液运动情况以及排屑情况进行探究。结果表明:在电火花加工时,在电极丝引入纵扭超声振动,流体域有明显的扭转运动,电极丝底部切屑在离心力的作用下,更易从底隙中进入侧隙,随工作液的运动排出孔隙,有效防止底部产生切屑堆积,提高了电火花加工微小孔的精度。

超声振动复合微细电火花加工微小孔试验研究

微小孔加工时的放电间隙较小,排屑、消电离状态差,放电效率低,直接影响加工效率和电极损耗;超声振动可改善排屑、消电离状态,能提高放电效率。将超声引入微细电火花加工,通过工件的超声振动,进行超声功率、小孔孔径、脉冲频率的微小孔电火花加工工艺试验研究,结果表明:加工不同孔径时,超声功率及电源频率都存在一个最佳值;加工条件合适时,超声复合微细电火花加工优于常规微细电火花加工。

TiN陶瓷超声振动辅助混粉电火花加工实验平台设计

氮化钛陶瓷材料广泛应用于航空航天行业。由于传统机械加工氮化钛存在刀具损耗现象、常规电火花加工陶瓷材料的效率低,提出了超声振动辅助混粉电火花加工氮化钛的方法,并搭建实验平台验证其可行性。首先,利用ABAQUS有限元分析软件对超声振动系统进行模态分析,并利用振幅测量仪和阻抗分析仪对超声主轴进行性能测试;接着,利用Fluent流仿真软件对混粉颗粒循环系统进行油箱流场仿真分析;最后,分别采用超声振动辅助混粉电火花加工、普通电火花加工、超声振动辅助电火花加工及混粉电火花加工四种方式加工盲孔并进行对比试验。结果表明:超声振动辅助混粉电火花加工氧化钛的表面粗糙度最低、材料去除率最高、加工表面质量得到改善。

超声振动-气体介质电火花复合加工技术的研究

介绍一种新兴的加工技术——超声振动-气体介质电火花复合加工技术,并通过机制分析和加工实验比较超声振动-气体介质电火花复合加工与普通气体介质电火花加工各项数据的差异,得出超声振动-气体介质电火花复合加工技术优于普通气体介质电火花加工的结论。

工件超声振动电火花线切割复合加工试验研究

借助ANSYS软件对变幅杆、夹具和工件进行整体的动力学研究,设计了一套超声振动电火花线切割复合加工装置。在相同加工参数下,分别采用工件超声振动电火花线切割复合加工和传统的电火花线切割加工对45钢进行切割试验。试验结果表明:与传统的电火花线切割加工相比,超声振动电火花线切割复合加工的效率提高了约15%,表面粗糙度减小了约10%。

超声振动—气体介质电火花复合加工中表面质量的影响因素

介绍了一种新兴的加工技术,超声振动—气体介质电火花复合加工技术。通过分析和实验探讨超声振动—气体介质电火花复合加工中影响表面质量的因素,并提出改进措施。

超声振动复合电火花小孔加工系统设计及试验

针对难加工的镍基高温合金小孔加工,设计了一种新颖的超声振动复合电火花小孔高速加工系统,该系统集成了电极超声振动、电极旋转和电极中心出水等功能,可方便地应用于其他电火花加工机床,并在镍基高温合金GH4099材料工件上开展了一系列小孔加工试验。通过改变加工电流和时间,对比材料去除率、电极损耗率和小孔形貌等指标。试验结果表明:超声振动复合加工在小电流加工时,可以有效地提升材料去除率,并减少相对电极损耗率。在同等条件下,当峰值电流为1 A时,使用该系统加工的孔深度较普通电火花加工的提升89.62%;当峰值电流为6 A时,相比于普通电火花加工材料去除率提升46.42%,相对电极损耗率减少了25.85%。该系统具有更稳定的加工过程,为难加工金属电火花精加工提供一种便利、高效的解决方案。

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。

超声振动改善气体介质电火花加工的机理研究

提出了超声振动-气体介质电火花复合加工技术,在简述其加工原理的基础上分析了超声振动在改善气体介质电火花加工中的作用,以及相关的理论机理。实验结果表明,附加超声振动能改善放电间隙状态,减少短路、拉弧现象,提高了材料的去除率。进行了超声振动-气体介质电火花加工单脉冲实验设计。

超声振动辅助电火花微孔加工研究进展

超声振动辅助电火花(UVE)微孔加工作为一种特种复合加工技术,是提高难加工材料微孔加工性能的有效途径之一。在UVE微孔加工中,根据超声振动作用形式不同,可分为电极振动、工件振动和工作液振动3种微孔加工方式。电极振动的UVE微孔加工中,超声频率一般为20~40kHz,超声振幅为5μm左右,材料去除率可提高40%~60%,可加工深径比最大接近30的微孔。工件振动的UVE微孔加工中,超声频率大多小于30kHz,超声振幅小于10μm,材料去除率可提高40%左右,微孔锥度降低30%左右。工作液振动的UVE微孔加工中,超声频率一般大于40kHz,超声振幅大于5μm,材料去除率最大可提高33倍,孔壁粗糙度可达Ra0.2μm。对3种类型的UVE微孔加工的研究成果进行了总结与分析,探讨了3种类型的UVE微孔加工机理以及存在的问题,对比了3种振动类型的UVE微孔加工特点以及适用范围,并对UVE微孔加工发展趋势进行了展望。