基于轴向超声振动的陶瓷练泥机泥料挤出减粘降阻研究

针对陶瓷练泥机挤出的泥料表面和内部存在问题,在陶瓷练泥机的挤出螺旋铰刀轴上添加由压电陶瓷产生的轴向超声振动,实现练泥机挤泥过程中减粘降阻的效果。通过分析泥料运动机理,使用SolidWorks软件建立泥料三维模型,最后将建好的三维模型导入COMSOL有限元分析软件进行仿真分析。结果表明:对陶瓷练泥机的挤出螺旋铰刀轴施加轴向超声振动能够降低陶瓷泥料与铰刀及轴面之间的黏附阻力,减小泥料的平均速度梯度,提高平均速度。在振频为24 kHz、振幅为0.6 mm时,挤出泥料平均速度梯度降低37.42%,平均速度提高至0.0161 m/s,减粘降阻效果较为明显。

轴向超声振动切削参数对表面质量的影响

基于全因子实验设计,进行了轴向超声振动车削实验,研究了6061铝合金轴向振动车削参数(切削速度、背吃刀量、进给量)对表面粗糙度的影响,并对表面粗糙度进行了预测。对实验数据进行极差分析、切削用量交互作用分析,得到了各切削参数对表面粗糙度的影响。基于多元回归法与指数函数法分别建立了表面粗糙度预测模型,对预测模型进行显著性检验,并与测试实验结果相对比。实验结果表明,指数函数预测模型可以更好地对表面粗糙度进行预测,预测精度较高,对6061铝合金轴向振动车削参数的选择提供了依据。

轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力建模

以单颗磨粒为对象,分析了轴向超声振动下磨粒的运动特性;在此基础上,将磨削力分为切削变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切削变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒的运动方向和运动轨迹;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数;结合切向磨削力与热源强度的关系,以及温升是磨削表面残余应力产生的主要因素,建立了轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力模型。进行轴向超声振动辅助磨削45钢的表面残余应力实验,确定了模型的常数,并验证了所建模型的正确性。

轴向超声振动辅助磨削的磨削力建模

以单颗磨粒为对象,分析轴向超声振动下磨粒的运动特性。在此基础上,将磨削力分为切屑变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切屑变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒运动方向与主切削方向间的夹角;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数。基于此建立了轴向超声振动辅助磨削的磨削力模型。通过对21Ni Cr Mo5H进行了轴向超声振动辅助磨削的磨削力试验,确定了模型中的常数,并验证了所建模型的正确性。建立的磨削力模型是轴向超声振动辅助磨削的磨削力预测的一种有效方法,对轴向超声振动辅助磨削机理的认识具有较大意义。

蓝宝石不同晶面轴向超声振动辅助磨削特性研究

选取蓝宝石的A面、C面、M面及R面开展轴向超声振动辅助磨削试验,并从磨削力、比磨削能、表面粗糙度及表面形貌等角度对比蓝宝石四个晶面超声振动辅助磨削效果的差异。施加超声振动辅助磨削时,蓝宝石四个晶面的磨削力、比磨削能及表面粗糙度相对未施加超声振动时均有所减小,且工件表面损伤裂纹较小,表面质量更好;蓝宝石不同晶面在施加超声振动时的磨削力、比磨削能和表面粗糙度的减小比例不同,C面的减小比例最小,M面和A面的减小比例较大,R面的减小比例最大;超声振动辅助磨削蓝宝石四个晶面时,R面的改善效果最好,其次是M面和A面,C面的改善效果较差,这反映工件材料的脆性越大,超声辅助磨削对加工质量的改善效果越明显。

弱刚度系统轴向超声振动镗削试验研究

航空发动机制造中存在许多弱刚度系统,其中最典型的是深孔镗削系统。深孔镗削由于刚度弱,加工易颤振,制造精度不易保证。文中设计了轴向超声振动镗削系统,在不同主轴转速和进给速度条件下进行对比试验,证明了轴向超声振动镗削相比普通镗削,能够减小切削力,抑制颤振,起到提高系统刚度的作用;孔径精度,内孔表面粗糙度等指标也得到了明显提高。同时轴向超声振动镗削还具有断屑功能,可以有效地解决深孔镗削中堵屑问题。

轴向超声振动辅助钻削机理与试验研究

针对传统钻削过程中经常出现断屑、排屑困难以及加工质量差等问题,提出了轴向超声振动辅助钻削加工方法,并研究了其运动特性和断屑机理.利用自行设计的轴向超声振动辅助钻削系统对45号钢进行了传统钻削与轴向超声振动辅助钻削的对比试验.从孔的粗糙度、表面微观形貌、切屑形态等方面进行研究.结果表明,相对于传统钻削,轴向超声振动辅助钻削能有效降低孔表面粗糙度,改善孔表面微观形貌.另外,对试验结果进行方差分析,结果显示主轴转速和超声振幅对孔表面粗糙度有显著影响,其中当振幅在20μm,主轴转速在450 r/min时加工效果最好.

GH4169高温合金轴向超声振动钻削加工实验研究

针对GH4169高温合金材料钻削加工困难、表面质量和加工精度要求高等难题,基于在普通车床上实现超声振动钻削加工的思想,设计了一套轴向超声振动钻削加工系统。利用该系统对GH4169高温合金材料做了轴向超声振动钻削与普通钻削的对比实验。结果表明:在不同的转速和振幅下,轴向超声振动钻削相对于同一实验条件下的普通钻削,可明显提高孔的加工质量,且在切屑形态和孔表面形貌等方面均有较大改善。

SiCp/Al轴向超声振动微铣削的切削特性试验研究

针对SiCp/Al复合材料微铣削刀具易磨损、难以获得高质量加工表面的问题,对40%体积分数的SiCp/Al复合材料采用轴向超声振动进行辅助微铣削,根据轴向超声振动微铣削的切削特点,通过试验研究铣削力信号的幅频特性,三向切削力随主轴转速、切削深度和每齿进给量的变化规律,并与普通微铣削进行和对比。结果表明:采用轴向超声振动辅助微铣削,三向铣削分力都呈现出随主轴转速先增大再缓慢减小的趋势,可使3个方向的铣削力减小10%~50%。

钛合金轴向超声振动微钻削的钻削力与毛刺研究

针对TC4钛合金普通微钻削中存在的切削力大、断屑难和出口毛刺尺寸大等问题,对TC4钛合金板采用轴向超声振动辅助进行0.9 mm微孔钻削Deform-3D仿真和试验研究,根据轴向超声振动微钻削的切削特性,通过仿真对比分析轴向超声振动钻削和普通钻削的切削力,通过试验对比分析轴向超声振动钻削和普通钻削的切削力和出口毛刺,并分析钻削轴向力随进给量的变化规律。结果表明,超声振动钻削的轴向力相较于普通钻削可以降低30%左右,超声振动钻削和普通钻削均随着进给速度的增加而增加,超声振动钻削孔出口毛刺相较于普通钻削分布更加均匀。

轴向超声振动车削316L不锈钢试验研究

对316L不锈钢进行轴向超声振动车削和普通车削单因素对比试验,研究超声振幅和加工工艺参数(切削速度、进给量)对切削力和表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:轴向超声振动车削能够有效降低切削力、表面粗糙度和表面轮廓高度;与普通车削相比,采用轴向超声振动车削加工方式,超声振幅越小,表面粗糙度的改善效果越明显;当进给量由5μm/r增加到25μm/r,轴向超声振动车削的主切削力降低了17%~21%,表面粗糙度降低了21%~28%;随着切削速度的增大,轴向超声振动车削的表面粗糙度和切削力先下降后上升,存在最佳切削速度范围,表面粗糙度最多可降低29.9%,切削力最多可降低30.1%。

轴向超声振动车削GH4169合金的试验研究

为研究切削速度和进给量对镍基合金GH4169切削时的影响,利用有无轴向超声振动对镍基合金GH4169切削时的切削力、切削温度、表面粗糙度和刀具磨损进行车削试验。结果表明:超声振动能够减缓切屑锯齿化程度;超声振动切削力远低于普通车削,当速度增大时2种加工方式下切削力逐渐靠近;进给量与切削温度、粗糙度和切削力呈正相关;切削速度的增大使得切削温度和表面粗糙度也不断升高,且超声振动切削温度和表面粗糙度显著较低。

基于动态轮廓采样法的轴向超声振动辅助磨削工件表面形貌预测与试验验证

提出了一种基于动态轮廓采样法的轴向超声振动辅助磨削的工件表面形貌预测方法。假设磨粒直径服从正态分布,磨粒位置服从随机分布,生成砂轮表面形貌的模型,从运动学角度建立了轴向超声振动辅助磨削过程中任意磨粒的轨迹方程,针对磨粒运动轨迹的特点,提出了动态轮廓采样方法。通过建立磨削沟槽变宽模型,引入了磨削弹性变形模型和塑性堆积模型,对动态轮廓采样方法进行了修正,最终得出工件表面形貌的预测结果。对预测结果进行了试验验证,对比分析了工件表面形貌的预测结果和实测结果,两者特征相似,且比较工件表面粗糙度的预测值和实测值平均误差为5.3%,从而验证了该预测方法的准确性。

轴向功率超声振动珩磨的运动学分析

目前,功率超声振动辅助加工技术的研究多集中于试验性分析,尽管有部分理论分析,但只是简单的介绍,尚未形成系统的理论体系。功率超声振动珩磨是功率超声振动切削在珩磨中的应用,通过在普通珩磨的基础上使油石产生功率超声振动来进行珩磨。从运动学角度对油石沿轴向的功率超声振动珩磨加工技术进行较为系统的理论研究,归纳出轴向功率超声振动珩磨的四个运动特性:1)分离特性;2)冲击特性;3)变速特性;4)往复熨压特性。为进一步的动力学研究提供了必要的支撑条件。

微细深孔超声轴向振动钻削装置的设计

基于高频振动切削原理 ,设计了一种振频 2 0± 1KHz、振幅 2 5 μm的新型超声轴向振动钻削装置 ,该装置由数字锁相环频率自动跟踪式晶体管型超声波发生器、轴向半波长圆柱型压电陶瓷换能器、半波谐振圆锥型变幅杆以及工具系统组成 ,可在软质材料上实现微细深孔的精密。

微细钻头超声轴向振动钻入横向偏移的有限元分析

利用有限元技术对微细钻头超声轴向振动钻入横向偏移过程进行深入分析。结果表明,超声轴向振动钻削从根本上改变了普通钻削的钻入机理,减小了横向偏移量,提高了钻入定心精度,特别适合硬脆材料上的微小孔的精密和超精密加工。

超声振动辅助磨削马氏体不锈钢表面粗糙度研究

针对强韧性材料铣磨、小孔磨削等工艺中,因磨削速度低所引起的磨削表面粗糙度不易改善的问题,提出采用轴向超声振动辅助磨削工艺进行加工的方法。从几何层面对轴向超声振动辅助磨削表面创成进行理论分析,并对9Cr18马氏体不锈钢开展磨削试验,对比了轴向超声振动辅助磨削与普通磨削条件下的磨削表面粗糙度及表面形貌。结果表明,轴向超声振动辅助磨削可有效改善磨削表面粗糙度,且改善效果受磨削参数的影响,其中磨削速度对轴向超声振动效果影响最大,进给速度及磨削深度影响相对较小。磨削速度及磨削深度的增加对轴向超声振动效果具有弱化作用;增大进给速度,轴向超声振动效果略有增强。

轴向超声辅助单颗CBN磨粒切削运动分析及切削力试验研究

为了研究CBN磨粒砂轮在轴向超声振动条件下的磨削特性,通过轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削试件的试验,以磨削力为研究对象,研究了轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削力,从微观角度进行磨粒的运动分析。研究表明:轴向超声辅助条件下的切削力,无论是单颗磨粒所受的法向力F_n还是切向力F_t的值均小于普通条件下的切削力。轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削运动轨迹是由刀具围绕工件的旋转运动和刀具的高频振动复合而成,其轨迹整体符合正弦曲线轨迹。通过正交试验得出,在一定条件下,轴向超声辅助下的切削力随磨粒切削速度、磨削深度的增大而增大,普通加工中随磨粒大小的增大而增大,超声加工时随磨粒增大有先增后减的趋势。此次试验研究对后期整个CBN砂轮在超声辅助条件下磨削的研究以及CBN砂轮的制备方面都有一定的意义和价值。

微细深孔超声轴向振动钻削装置的设计

随着科学技术的不断发展，对孔的加工技术在机械制造领域中获得越来越广泛的运用，但与此同时，对孔的加工精度和表面质量也提出了更高的要求，特别是在不锈钢、耐热钢、钛合金、高温合金等难加工材料上加工精密微细深孔。实践表明，若采用传统的方法加工，则存在一系列难以解决的困难，例如切削温度高、散热难、钻头易引偏、折断、入钻定心难、排屑不畅以及出口毛刺多。而旋转超声轴向振动钻削技术作为特种复合加工技术的—种，在精密微细深孔加工实践中已表现出普通钻削无法比拟的工艺效果。正是为了解决普通钻削微细深孔的种种困难，对精密微细深孔旋转超声轴向振动钻削技术进行了深入研究。

MODAL FREQUENCY CHARACTERISTICS OF AXIALLY MOVING BEAM WITH SUPERSONIC/HYPERSONIC SPEED

The vibration characteristics of transverse oscillation of an axially moving beam with high velocity is in- vestigated. The vibration equation and boundary conditions of the free-free axially moving beam are derived using Hamilton＇s principle. Furthermore, the linearized equations are set up based on Galerkinl s method for the ap- proximation solution. Finally, three influencing factors on the vibration frequency of the beam are considered： （1） The axially moving speed. The first order natural frequency decreases as the axial velocity increases, so there is a critical velocity of the axially moving beam. （2） The mass loss. The changing of the mass density of some part of the beam increases the beam natural frequencies. （3） The thermal effect.＇ The temperature increase will decrease the beam elastic modulus and induce the vibration frequencies descending.