陶瓷材料超声旋转加工技术

超声旋转是加工硬脆材料的一种有效的加工方法 ,本文介绍了该加工技术的基本原理、应用特点及加工过程中材料去除机理 ,叙述了超声旋转加工技术的发展概况。

烧结NdFeB材料工件加振的超声旋转加工的研究

针对烧结NdFeB永磁材料的特点,提出了一种适合于它的加工方法,并对其加工机理进行了分析,设计了一套复合振动加工装置,进行了一系列的加工试验,结果表明该种加工方法能提高材料的去除率和加工质量,提高工具的使用寿命。

超声旋转磨削中刀具结合剂对切削力影响研究

研究了超声旋转磨削加工陶瓷材料中金刚石刀具结合剂对其切削性能的影响。通过对单个金刚石颗粒在超声旋转磨削加工过程中的运动分析,推导出切削力理论公式;同时通过实验得到陶瓷基、铁基和青铜基三种结合剂刀具加工Si3N4工程陶瓷(致密度70%)过程中X、Y、Z方向上的切削力。通过分析理论公式和试验数据,发现在超声旋转磨削加工过程中,刀具结合剂种类直接决定了刀具的磨损形式和磨损程度,是影响切削力大小的主要原因之一。

锁相环电路在超声旋转加工设备中的应用

频率自动跟踪技术是超声旋转加工的关键技术之一。本文阐述了超声旋转加工过程以及超声旋转加工过程中频率自动跟踪的必要性,介绍了超声波发生器的频率自动跟踪系统在超声加工中的实现方法,即声反馈法和电反馈法,重点分析了电反馈法中的锁相环电路频率跟踪方法,得出结论:锁相环电路能够满足超声旋转加工要求的频率自动跟踪。

新型超声旋转磨削装置的研制

在叙述超声旋转磨削的基本原理及其工艺特点的基础上,介绍了超声旋转磨削装置的设计。设计出的超声旋转磨削装置可通过装置底座安装在适合的机床上,配合一定的控制设备,即可对ZrO2、Al2O3等难加工材料进行超声旋转磨削加工。

气浮轴承超声旋转头的设计

气体轴承是利用气体作为运动副的润滑剂的一种新型轴承 ,由于气体粘度较小 ,气体静压轴承与其他轴承相比 ,具有低摩擦、无磨损、无污染、运转平滑 ,回转精度高和精度保持性好等特点 ,作为高速超声旋转头用的轴承和数控超声旋转加工机的导向装置用的轴承 ,具有很大的优越性、经济性和实用性 。

超声旋转加工及其在Nd：YAG晶体棒外圆成形中的应用

本文概要介绍超声旋转加工原理、特点和Ｔ３０３０３／ＺＶ型超声旋转加工机。验证了具有细长金刚石钻头的超声振动系统可按“局部共振”设计和调谐，观测了超声旋转加工对加工材料性能的影响，测量了加工精度，得出超声旋转加工能有效用于Ｎｄ。ＹＡＧ晶体棒外圆成形。

旋转超声加工对TiBw网状钛基复合材料表面残余应力的影响

为研究不同切削条件下旋转超声加工对材料表面残余应力的影响,选取硼化钛晶须(TiB whiskers,TiBw)网状钛基复合材料为实验对象,使用镍基电铸金刚石砂轮进行旋转超声加工,并分析了加工后材料的表面残余应力。结果表明:由于钛基复合材料具有网状结构和优异的高温性能,使切削热和微观相变产生的残余应力较小,磨粒机械作用产生的残余应力更大。随着超声振动的引入,磨粒高频冲击工件表面,使旋转超声加工工件表面残余应力均大于普通磨削。在主轴转速n=9000 r/min,进给速度v f=8 mm/min,加工深度a p=25μm的加工参数下,旋转超声加工工件表面存在-540 MPa的残余压应力,随着主轴转速增大,残余应力显著减小,并且残余应力的影响层深度逐渐减小。超声振动的引入增大工件表面残余压应力,提高材料抗疲劳性能。

基于分形理论的旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面微观形貌

为了研究旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面的微观形貌,基于分形理论研究不同加工参数下Si_(3)N_(4)陶瓷表面微观形貌的变化。设计旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷正交试验,对比分析不同加工参数对Si_(3)N_(4)陶瓷表面分形维数和多重分形谱的影响,并设计单因素试验研究不同加工参数下Si_(3)N_(4)陶瓷表面的粗糙度、分形维数和多重分形谱。结果表明:旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面时,分形维数能更好地表征其加工表面的缺陷状态,多重分形谱则能更好地表征其加工表面缺陷的起伏程度变化。

超磁致伸缩旋转超声加工系统研究进展

旋转超声加工是集传统旋转机加工方式和超声振动于一体的新型特种加工方法,在加工硬脆材料时具有切削力小、切削效率高、工件表面质量高、刀具寿命增长等优势。超磁致伸缩旋转超声加工系统具有相同功率条件下伸缩系数大、能量密度高等优点,在大功率、大振幅研究方面的前景广阔,是目前广受关注的一种新型旋转超声系统。因此,总结了超磁致伸缩旋转超声加工系统的核心功能部件和关键设计技术,综述了当下的超磁致伸缩旋转超声加工系统振幅控制研究现状,并展望其未来发展趋势。

茂名石化运用超高清旋转超声技术开展管线检测

近日,茂名石化利用2.5代超高清旋转超声技术,完成公司石脑油长输管线内检测,初步分析综合数据完整有效,标志着国内长输管线首次实现5.0mm×5.0mm级别精度检测器应用。茂名石化长输管线穿江过河、横跨两市三地,如何实现高精度管内检测、精准"把脉"管道内腐蚀情况,一直以来困扰着运维人员。

氧化铝陶瓷旋转超声铣磨加工磨削力研究

以氧化铝陶瓷为加工对象,采用小直径电镀砂轮进行了旋转超声铣磨和普通铣磨加工试验,分析了铣磨氧化铝陶瓷时的磨削力随超声功率、砂轮线速度、进给速度、铣磨深度的变化规律。结果表明,在其他铣磨参数不变时,超声功率由0 W增大至90 W,磨削力呈下降趋势,表面形貌得到显著改善。随着砂轮线速度增大、进给速度和铣磨深度减小,旋转超声铣磨和普通铣磨时的磨削力均呈下降趋势。在试验加工参数范围内,旋转超声铣磨的磨削力均低于普通铣磨时,且旋转超声铣磨时最大可降低法向磨削力24.17%、切向磨削力23.30%。

旋转超声铣削TA15钛合金的疲劳寿命实验研究

针对航空钛合金零件机加工后疲劳强度大幅降低的问题,提出基于旋转超声铣削的抗疲劳制造技术。基于变切削速度和变超声振幅的旋转超声铣削实验,探究传统工艺参数及超声振动参数对钛合金残余应力和疲劳寿命的影响规律。开展变疲劳加载频率的有无超声对比实验,验证了超声振动对钛合金疲劳强化效应的普适性。实验结果表明,随着切削速度的提高和超声能量的摄入,钛合金残余压应力增加,疲劳强化效应显著;相较于传统铣削,不同加载频率条件下的超声铣削可提高钛合金疲劳寿命20.3%。

旋转超声铣削表面微结构成形机理仿真与试验研究

考虑到旋转超声铣削(Rotary ultrasonic milling,RUM)形成的规律性表面微结构在航空航天领域具有广泛的应用前景,开展了旋转超声铣削表面微结构仿真研究。首先建立旋转超声铣削刀尖运动学方程。其次,基于改进型Z-MAP法,利用MATLAB软件进行表面微结构仿真分析,阐明了工艺参数以及主轴误差参数对表面微结构的影响规律。最后,开展旋转超声铣削试验,结果表明仿真模型能准确预测进给方向间距、周向间距等表面微结构特征,验证了仿真的有效性和合理性。

高硬材料旋转超声辅助电解加工设计与试验

【目的】满足高硬材料的加工需求,解决高硬材料难以加工、效率低下、刀具损耗率高的问题。【方法】课题组基于旋转超声加工和电解加工提出了旋转超声加工辅助电解加工的方法,不仅分析了加工原理,选择了加工参数,还优化设计了加工系统,对换能器和变幅杆综合材料、密度、频率、纵波声速等因素进行了具体参数设计。【结果】对高速钢进行了不同加工方式的电解平面加工试验,发现同等条件下,机械磨削加工的圆孔明显比另外两种加工方式加工的圆孔粗糙,而旋转超声辅助电解加工的圆孔不仅直径大,而且表面更加平滑。【结论】机械磨削的效率比另外两种加工方式低,旋转超声辅助电解加工的加工深度最好,材料去除率更高,得到的加工表面也更加平滑,对高硬材料的加工效果更好。

机器人旋转超声钻削与机床钻削CFRP/铝合金叠层构件切削力对比实验研究

针对现有机器人钻削叠层构件时存在颤振显著、钻削力大等问题,采用超声加工与机器人加工相结合的技术,实现CFRP/铝合金叠层的高效低损伤加工方法。开展了机器人旋转超声钻削(RRUD)、机器人钻削(RD)和机床钻削(MD)叠层构件钻削力对比实验。实验结果表明,与机床钻削相比,机器人钻削的钻削力显著恶化,钻削CFRP和铝合金时最大增幅分别达到28.19%和61.73%。旋转超声振动的引入有效抑制了钻削力的增大,当主轴转速为5000r/min时,机器人旋转超声钻削力接近机床钻削。

超声辅助铣削钛合金工艺研究

由于钛合金的可加工性较差,采用传统机械加工技术难以实现高精度加工。超声加工通过对工具头施加振动来改善加工效果,将其引入钛合金加工可提高钛合金的加工性能。为提高钛合金的加工性能,分别以侧面铣削和端面铣削两种形式开展了超声辅助铣削钛合金工艺试验,探究了不同切削参数与切削形式的旋转超声加工对钛合金铣削加工的影响,并测量加工过程的切削力、加工后的工件表面粗糙度及其表面微观结构。结果表明:在侧面铣削时,超声辅助可减少加工过程中的振动、降低切削力及提高工件表面质量;在端面铣削时,超声辅助会降低加工过程的切削力,但在加工中由于超声振动作用于工件表面形成了微织构,虽然提高了工件表面形貌的均匀性,却也增大了工件的表面粗糙度值。

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。

旋转超声铣削碳/碳复合材料表面三维粗糙度研究

为了改善碳/碳复合材料铣削表面质量,提升其使役性能,开展了旋转超声铣削碳/碳复合材料表面粗糙度的研究。首先研究了端铣表面三维粗糙度Sa、Sq、Sku和Sdr随主轴转速、进给速度、切深和超声电流的变化规律。其次,分析了旋转超声侧铣对不同纤维切角下三维粗糙度的影响特性。最后分别从端铣和侧铣的角度讨论分析了超声振动对表面质量的改善机理。试验结果表明:施加超声场能后端铣表面粗糙度幅度参数Sa和Sq不仅降低了约20%,而且随加工参数的增加,波动性减小,变化趋势更加明显。侧铣时超声振动使得碳/碳复合材料在不同纤维切削角下的Sa和Sq减小了10%~33%。此外,旋转超声铣削表面界面扩展比Sdr在端铣和侧铣中都有较大幅度的减少,最高可达65%,有效减少了碳/碳复合材料表面的空隙和裂纹。

陶瓷坯体的旋转超声辅助加工实验研究

利用金刚石工具头高速旋转和超声频辅助轴向振动的加工方法铣削陶瓷坯,以加工工艺中的四个重要工艺参数(有无超声加工、主轴转速、进给速度和不同素烧温度的陶瓷坯)为实验因素,以轴向切削力为评判指标,采用等水平正交试验方案,研究各个加工参数对陶瓷坯加工质量的影响规律,从而得出陶瓷坯旋转超声加工参数的最优组合。试验结果表明:进给速度和超声加工的有无对轴向切削力的影响最大,陶瓷坯素烧温度的不同和主轴转速对轴向切削力影响较小。在主轴转速为1600 r·min^(-1)、进给速度为40 mm·min^(-1)和素烧温度为600℃的旋转超声加工条件下,轴向切削力最小,加工表面最好,加工效果最佳。