超声振动磨削放电复合加工SiCp/Al试验研究

针对SiCp/Al的加工,提出一种超声振动磨削放电复合加工的方法,从加工效率、加工稳定性及表面质量等方面与电火花加工进行了对比试验研究。分析了两种加工方法的脉冲宽度和峰值电流对加工速度和表面粗糙度的影响,结果表明:电火花加工的表面粗糙度平均值为Ra4.5μm,超声振动磨削放电复合加工的表面粗糙度平均值为Ra2μm;超声振动磨削放电复合加工的稳定性比电火花加工好,但加工速度较低。通过扫描电镜对两种加工方法下零件表面形貌和重熔层进行了观测,对试件表面进行了X射线衍射分析,表明采用超声振动磨削放电复合加工SiCp/Al复合材料可获得较好的表面质量。

高体分SiCp/Al超声振动磨削放电复合加工试验研究

设计了L16(45)多因素/因子正交试验方案,进行了加工电流、加工脉宽、弹簧预紧力、脉冲占比(加工脉宽与脉冲周期的比值)对复合加工高体分SiCp/Al材料的加工表面质量、加工效率影响的实验研究。运用极差分析与方差分析的方法,分析了各因素对表面质量和加工效率影响的显著性,并对超声振动磨削放电多能量复合加工过程进行了研究,分析了超声振动磨削放电复合加工的放电类型。正交试验结果表明:加工参数对表面粗糙度的影响显著性顺序为电流>加工脉宽>弹簧预紧力>脉冲占比,对加工速度的影响显著性顺序为电流>弹簧预紧力>加工脉宽>脉冲占比。

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。

超声振动辅助磨削CFRP复合材料薄管撕裂损伤研究

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)薄管超声振动辅助磨削过程中存在撕裂损伤且形成原因不明确的问题,通过对M55J和T300复合材料薄管开展超声振动辅助磨削试验,探究了超声振幅、进给量及主轴转速对磨削力和撕裂尺寸的影响规律,通过对磨削过程的受力分析和对最大未变形切屑厚度的计算,分析了撕裂位置的形成原因和撕裂尺寸的变化规律。结果表明:磨削力随超声振幅的增大而减小,随进给量的增大而增大,与主轴转速的关联性较小;撕裂易出现于CFRP薄管内壁,其长度与高度随超声振幅的增大而减小,随进给量的增大而增大,随主轴转速的增大而减小。

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。

2.5D-C/SiC复合材料超声振动辅助磨削力研究

为探究2.5D-C/SiC复合材料超声振动辅助磨削去除机理和磨削力影响规律,首先通过试验分析了2.5D-C/SiC复合材料基体、纬向纤维、经向纤维和钉扎部分的去除机理;然后通过正交试验分析了磨削工艺参数(主轴转速n s、进给速度v_(w)、磨削深度a_(p)和超声振幅A)对法向和切向磨削力的影响主次;最后通过单因素试验分析了磨削工艺参数对法向和切向磨削力的影响规律。试验结果表明,材料的去除是基体碎裂、纤维断裂、纤维拨出、界面脱粘等因素的综合作用;法向磨削力的影响主次为:a_(p)>v_(w)>n_(s)>A;切向磨削力的影响主次为:v_(w)>a_(p)>n_(s)>A;磨削力与n_(s)和A成反比,与a_(p)和v_(w)成正比。

二维超声复合电解/放电展成加工试验研究

为了提高铝基复合材料的表面成型质量和加工效率,提出了应用低电压、低电流密度的二维超声复合电解/放电展成加工(2UE/DM)技术。利用镀覆金刚石磨粒的工具侧面对复合材料进行3种不同工艺对比试验和3组参数下的性能试验,测量了铝基陶瓷增强复合材料(SiCp/Al)在质量分数0.5%的NaNO3溶液中展成加工时的电流、材料去除率(MRR)和表面粗糙度,探究了工具转速、电压和振幅对加工效率和质量的影响。结果表明,工件振动周期性改变加工间隙,单位周期内的放电频率增加了2倍;5000 r/min时放电频率减少,而表面粗糙度比1000 r/min降低了13.2%;在电压为6 V时,材料去除率达到0.89 mm^(3)/min,比3 V电压时增加45.9%,但较高电压导致裸露更多增强颗粒,比3 V时的表面粗糙度高出1.4μm;振幅增至5μm时,表面粗糙度比2μm时降低了17.5%,具有较高的加工质量。

超声振动辅助磨削脉冲放电复合加工工艺研究

利用超声振动、电火花脉冲放电的加工特点,将其同单一普通磨削优化组合,可以得到较好的加工效果。从加工表面粗糙度、表面微观形貌两个方面,比较了单一磨削、超声振动辅助磨削、磨削—电火花脉冲放电复合加工、超声振动辅助磨削—电火花脉冲放电复合加工的加工效果,得出了不同加工方法的优缺点。通过对几种加工方法的优化组合,设计了新的加工工艺。实验结果证明,新的加工工艺可以有效地提高加工表面质量,减少裂纹和热应力的产生。

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。

颗粒增强金属基复合材料的超声振动磨削放电加工研究

针对含有颗粒增强相的难加工复合材料,提出了一种超声振动磨削放电加工方法。以SiCP/Al复合材料为例,简述了超声振动磨削放电加工的原理,分析了超声振动磨削放电加工的材料蚀除过程,探讨了超声振动对加工过程的影响机理。通过SiCP/Al复合材料加工试验,比较超声振动磨削放电加工与普通放电加工的优劣。结果表明,针对颗粒增强金属基复合材料,超声振动磨削放电加工方法优于普通放电加工的结论。

基于灰色关联分析方法和熵权法的纵扭超声振动螺旋磨削制孔工艺参数优化

为优化纵扭超声振动辅助螺旋磨削制孔工艺参数和提高加工性能,以氧化锆陶瓷为研究对象,选取螺距、螺旋进给速度、主轴转速和超声振幅为工艺参数,设计了四因素三水平正交试验,并测量其磨削力、孔壁表面粗糙度和孔底表面粗糙度;借助灰色关联分析方法和熵权法得到最优工艺参数为螺距3.5μm,螺旋进给速度875mm/min,主轴转速20000r/min,超声振幅6μm;螺距、超声振幅、主轴转速、螺旋进给速度对灰色关联度的影响程度依次降低。建立了灰色关联度、目标参数与工艺参数的经验预测模型,得到最优工艺参数为螺距3.0μm,螺旋进给速度875mm/min,主轴转速22000r/min,超声振幅6μm;孔壁和孔底的表面粗糙度分别为0.12789μm和0.38137μm,磨削力为9.482N,且关联度略优于正交试验最大关联度。

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。

超声振动辅助磨削-脉冲放电复合加工磨削力模型研究

探讨超声振动、磨削和脉冲放电加工的交互作用,并从工件材料去除的体积入手,计算脉冲放电能量去除的材料体积,得出普通磨削去除的材料体积,建立轴向超声振动辅助磨削-脉冲放电复合加工磨削力模型,探索各加工参数对磨削力的影响规律,对磨削力的检测和控制具有一定的指导作用。

基于支持向量机方法建立超声振动磨削放电加工预测模型

针对采用机器学习理论建立超声振动磨削放电加工模型时存在试验样本数量少、预测量数值变化波动大的问题,提出利用支持向量机方法建立加工指标预测模型的方法。以超声振动磨削放电加工Si Cp/Al为例,利用正交试验获取学习样本数据,采用MATLAB软件建立超声振动磨削放电加工Si Cp/Al工艺指标的支持向量机预测模型,并利用该模型预测零件表面粗糙度和加工速度两项工艺指标。结果表明:支持向量机模型得到的工艺指标预测值与试验值具有较好的一致性,最大相对误差不超过12%,预测值精度较高,所建立的超声振动磨削放电加工工艺指标的支持向量机预测模型是可靠且有效的。

超声振动辅助磨削-脉冲放电加工表面粗糙度研究

通过多因素方差分析法分析了超声振动辅助磨削—脉冲放电复合加工参数(脉冲宽度、脉冲间隔、参考电压、超声振幅)对加工表面粗糙度的影响程度,建立了表面粗糙度的二次模型,并用响应曲面法预测一定切削参数范围内任意切削条件下的表面粗糙度值,方差分析结果和响应曲面法预测结果基本一致。研究结果对实际生产过程中加工参数的优化具有一定的指导作用。

碳纤维复合材料超声振动磨削制孔试验研究

针对碳纤维复合材料在传统钻削过程中存在钻削轴向力过大和制孔质量差的问题,笔者提出了超声振动辅助磨削制孔工艺。该工艺在制孔时磨头既绕自身轴线自转又绕孔中心轴线做圆锥摆动公转,同时在磨头轴向施加超声振动;分析了制孔工艺下刀具的运动轨迹,研究了制孔工艺过程中的切削力、切削温度的变化情况;利用扫描电镜对孔出入口处的加工质量进行观测分析。结果表明:超声振动辅助磨削制孔能有效降低制孔轴向力和切削温度;制孔出口处的纤维撕裂、分层和毛刺等缺陷显著减少,孔壁表面也未出现明显的纤维拔出现象。超声振动辅助磨削制孔工艺为碳纤维复合材料的高质量制孔提供了一种新方案。

超声振动放电复合加工机床数控系统的构建

在Windows 98操作系统下 ,开发了基于工业PC机、PMAC运动控制器及交流伺服电机为主体的超声振动放电复合加工机床控制系统。系统结构模式灵活 ,便于用户开发 ,其模块化的设计可方便用户对系统进行定制 ,使系统具有更好的适应性。

超声振动磨削放电加工指标预测模型的研究

超声振动磨削放电加工过程复杂,难以用精确的理论公式进行描述,通常在试验基础上,借助于机器学习理论做出分析。针对实际加工中试验样本数量有限、预测量数值变化波动大的情况,采用BP神经网络和支持向量机两种方法分别建立超声振动磨削放电加工SiCp/Al指标预测模型,并利用两个模型预测零件表面粗糙度和加工速度等工艺指标。预测结果表明,零件表面粗糙度的数值变化范围较小,两种模型预测值与试验值均具有较好的一致性,预测精度较高;加工速度的数值变化较大,支持向量机模型的预测精度优于BP模型。因此,支持向量机模型更适合于解决小样本及指标变化范围大的预测问题。

超声振动辅助机械铣削复合电化学放电加工

传统机械加工易造成石英玻璃等绝缘硬脆材料表面微裂纹损伤和侧壁崩碎过切的现象。电化学放电加工可实现石英玻璃的无损伤加工且加工精度可达到微米级,但难以解决无损伤加工精度和加工效率之间的矛盾。以表面无损伤高效率加工石英玻璃为目标,提出了超声振动辅助机械铣削复合电化学放电加工的新方法,分析了该方法的作用机制;采用高速气动主轴实现了高转速下的脉冲电传导,解决了传统主轴的高速旋转电刷扰动和脉冲电信号导入两方面技术难题。基于高速摄像机研究了在该方法条件下的微观瞬时电解生成气泡/气膜过程,并结合基础实验得到工艺规律,还通过窄槽结构加工验证该方法可有效改善石英玻璃的无损伤加工效率。

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。