纵扭复合超声端面铣削表面微结构建模与试验研究

目的 对纵扭复合超声端面铣削加工表面微结构进行预测,以优化加工参数。方法 对纵扭复合超声端面铣削进行运动学分析,并在其基础上建立三维运动轨迹方程。对刀尖轨迹仿真,且研究该运动方式下的加工特性。通过对切削刃和工件离散化建立纵扭复合超声端面铣削表面微结构理论模型,并利用MATLAB进行三维表面仿真。对TC4钛合金进行超声振动切削试验。结果 理论仿真和切削试验结果均表明超声纵扭端面铣削时,随振幅的增加,由振动引起的表面微观结构特征愈加明显。扭纵幅值比增大时,加工表面微观结构凹坑效应弱化,At/Al=0.55时,加工表面呈条形片状微观结构。振动频率和主轴转速会影响表面微观结构单元的疏密程度。结论 加工表面微结构的生成与振动频率、振幅、扭纵复制比、切削速度等加工参数相关,铣削实验得到的加工表面变化趋势与表面理论模型吻合,该表面模型能够优化超声加工参数。     

纵扭复合超声螺旋铣孔系统的设计与试验

鉴于碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的高铁构件上安装孔的制造质量差和加工效率低等问题,提出一种纵扭复合超声螺旋铣孔的加工工艺;基于运动合成原理,获得了刀尖点与端刃的空间运动轨迹,分析了纵扭复合超声螺旋铣削的椭圆振动加工特点;基于传输矩阵法及螺旋槽模态转换原理,推导了带刀具悬链过渡复合变幅杆的频率方程,实现了超声加工系统的纵扭复合振动,其间利用Ansys软件对设计的超声加工系统进行有限元计算,获得了不同结构参数对加工系统频率及扭纵振幅比的影响规律;对研制的超声加工系统进行切削性能测试,获得了较好的加工效果。     

开斜槽纵－扭复合振动阶梯形变幅杆设计

基于声波传播基本理论,探讨了单激励下斜槽传振杆实现纵-扭复合振动的机制。采用有限元分析方法研究了阶梯形复合变幅杆结构尺寸对其固有频率的影响规律,设计出了谐振频率在20 k Hz左右的纵-扭复合振动变幅杆。研究结果表明:谐振频率为20 498 Hz时该变幅杆能在纵向振动单激励下实现纵-扭复合振动,且振幅呈周期性变化。此研究结果可应用于超声纵-扭复合振动加工声学系统的设计。     

复合超声振动镗削声振系统的研究

超声振动加工在难加工材料方面的应用越来越广,而在镗削中的应用不多。声振系统性能的好坏直接影响到超声加工质量,而实验表明单激励振动仍不能满足不断提高的加工要求。针对超声镗削加工,设计一种实现纵扭复合振动的变幅杆,阐述了振型转换原理,进行了结构计算和运动分析,借助有限元分析软件ANSYS对模型进行模态分析、瞬态动力学分析和谐响应分析,为二维超声镗削声振系统的结构设计和性能优化提供了理论依据。     

基于Matlab压电超声换能器匹配电路的研究

为了使超声振子获得良好的振动效果,必须设计高效的匹配电路。对单个电感、电容的串联和并联匹配电路进行了研究。利用等效电路法推导出匹配电路的阻抗公式,根据该公式,采用Matlab平台仿真得到不同参数的各匹配电路阻抗特性曲线。通过分析阻抗特性曲线得出匹配电路及匹配参数对系统谐振频率、阻抗及机电耦合系数的影响规律。实验结果表明:仿真结果与实验结果一致,所得结论为压电换能器匹配电路的设计提供了理论依据。     

超声纵-扭复合铣削钛合金刀具磨损特性研究

目的采用超声纵-扭复合振动加工方法,获得较长的刀具使用寿命。方法采用理论建模与不同铣削振动方式,研究刀具磨损特性。通过超景深电子显微镜和粗糙度测试仪,分别对刀具微观形貌、工件表面粗糙度进行了分析;通过不同铣削方式加工钛合金材料,对刀具磨损特性进行了系统分析。结果与普通铣削和超声纵振铣削相比,超声纵-扭铣削方式下,刀具后刀面磨损减小,工件表面粗糙度降低。经测试,当去除面积为6356mm~2时,超声纵-扭复合加工刀具后刀面磨损量VB为103μm,分别比普通和超声纵振加工时降低了38μm和36μm。当去除面积为4530 mm~2时,Ra为1.2μm,普通铣削和超声纵振铣削的Ra则分别为1.62μm和1.38μm。由于超声纵振加工仅仅是在轴向方向实现了分离,后刀面时刻冲击着已加工表面,当去除面积为6356 mm~2时,刀具后刀面磨损量反有超出普通铣削的趋势。结论超声纵-扭复合加工从旋转方向内实现了刀-屑分离,在铣削过程中,极大地减少了刀具后刀面对已加工表面的冲击,从而使得刀具寿命有所延长,为高效加工、难加工材料提供了一种加工方法。     

超声波椭圆振动装置设计及其振动特性控制

基于PZT-8陶瓷晶片的压电效应和超声波声学特性,设计制造了超声波换能器和变幅杆。根据椭圆轨迹形成机理,搭建了超声波椭圆振动装置,分析了两相激励电压值和相位差与椭圆形状的关系。实验与测试结果表明:超声振子的谐振频率符合设计要求,单向振动轨迹为正弦谐振曲线,两振动系统运动叠加形成椭圆轨迹;根据特定加工条件调整装置激励电压和相位差,可控制椭圆振动轨迹的形状。     

新型超声振动结构的研究进展

对近几年超声加工技术在硬脆材料加工方面的研究进展进行综述,阐述不同超声振动形式的加工特点和国内外的研究现状,如超声纵向振动、扭转振动、纵扭复合、椭圆振动等,最后对我国超声加工技术今后的发展提出一些建议.     

超声波镗削复合振型变幅杆的设计与分析

超声振动加工在难加工材料方面的应用越来越广,而在镗削中应用的不多。大量的实验证明复合振动加工效果优于普通振动加工效果,而如何在超声镗削加工中实现"复合"是一个棘手的问题。针对复合超声镗削,设计一种实现纵扭复合振动的变幅杆。阐述振型转换原理,进行结构计算,借助有限元软件ANSYS分析结构各项参数对性能的影响并总结规律,为复合超声镗削变幅杆的设计和优化提供了参考。     

6061-T6铝合金纵-扭复合振动超声深滚加工试验研究

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。采用普通深滚与纵-扭复合振动超声深滚2种加工方法对供应态6061-T6铝合金轴件进行表面强化处理,研究深滚工艺参数对加工表面质量的影响。结果表明:引入纵-扭复合振动后,超声深滚工艺参数对表面质量的影响规律与普通深滚不同,且在相同的工艺参数下,超声深滚所获得的表面粗糙度Ra值要小于普通深滚,最高降低约50%,而表面显微硬度和硬化率则有大幅提高,硬化率最高约为普通深滚的3倍,经纵-扭复合振动超声深滚处理后的表面更光滑,从而证明了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺能更有效地实现6061-T6铝合金的强化处理。     

超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展

首先,阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点,着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。其次,分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的研究成果与进展,并且比较了超声椭圆振动切削与传统加工在加工性能、工件表面质量和加工精度等方面的加工优势与适用范围,以及不同超声振动装置在各切削加工中所能获得的加工效果。最后,对超声椭圆振动切削装置的发展趋势进行了总结和展望,指出该装置发展将朝着结合能场的方向发展。     

基于3-SPS并联机构的超声振动切削结构的研究

针对硬脆性材料在加工过程中表面容易产生裂纹和凹坑等缺陷,应用超声振动切削原理,提出一种基于3-SPS机构的刀尖可做空间复杂轨迹振动的非共振型压电超声振动切削结构。首先叙述了结构的运动机理及刀尖的微观运动轨迹,设计出压电振子结构,建立工作头的三维模型,并对工作头机构进行了运动分析、仿真和动力学分析,最后进行结构优化以及应力校核并加工出样机,验证该结构的可行性并得到其刀尖能够产生空间复杂振动轨迹的结论。     

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。     

超声振动磨削工程陶瓷的磨削力试验研究

为了研究纵扭复合振动超声加工过程中重要加工参数对磨削力动态变化的影响规律,以超声振动磨削过程中产生的磨削力大小为研究对象,采用纵扭复合振动超声磨削加工工艺方法,搭建测力系统试验平台,研究不同加工参数下磨削工程氧化锆陶瓷材料产生的磨削力变化规律,试验结果发现:外加超声振动在一定程度上能强化磨削能力,减小磨削力,取较大进给速度和磨削深度会增大磨削力,使得磨削力波动明显,而主轴转速增大则会显著减小磨削力的产生。     

超声辅助电火花加工装置的研制及其振动特性研究

针对电火花加工过程中排屑不畅及容易拉弧、短路的问题,提出了基于工具电极振动的超声辅助电火花加工方案。设计了超声辅助电火花加工装置的结构形式,通过APDL建立有限元模型进行模态分析,确定出使用夹心式压电换能器的轴向纵振模态,着重探究了干模态和湿模态对谐振频率的影响;随后进行谐响应分析,研究激励电压频率对振幅输出特性的影响规律;最后进行了装置的制造及装配,测试了其阻抗特性及振型,并最终标定出其电压-振幅输出曲线。基于平台开展了电火花试加工实验,验证了超声辅助电火花加工方案的可行性和有效性。     

用于水下探测的宽带超声换能器设计

为研制一种可用于水下探测的宽带纵振换能器,采用双激励设计方法拓宽换能器带宽,预设换能器目标谐振频率为23,42 kHz,基于双激励纵振换能器共振频率方程,对双激励纵振换能器进行了理论设计,在此基础上通过有限元建模优化设计,并对其在空气中和水中的导纳曲线和发射电压响应进行了仿真.仿真结果表明,该换能器在空气中的谐振频率为...     

超声振动辅助微塑性成形系统设计与开发

针对微塑性成形工艺过程对位移、力等参数精确控制的要求,分析了超声振动辅助成形系统的设计要点,提出了关键设计参数。超声振动辅助微塑性成形系统由机床本体系统、超声振动系统和伺服控制系统等主要单元组成。机床本体设计参考四柱液压机结构形式,采用两端固支梁和压杆的简化模型,计算得到主要结构尺寸,并用ABAQUS验证其刚度。通过选用匹配的超声发生器和换能器,满足成形过程中的超声振动要求,利用理想变截面杆纵振波动方程设计变幅杆结构,并用ABAQUS进行变幅杆模态分析,确保设计振幅满足要求。伺服控制系统采用可编程多轴控制器PMAC卡控制伺服电机,通过光栅尺和力传感器反馈实现高精度的位置及成形压力控制。通过测试证明在纯铜压缩试验中叠加超声振动,成形压力显著降低,成形精度达到4μm。     

新型激振台的动力学分析与参数优化

提出了一种新型的激振台并研究其动力学特性,基于Sold Works和ADAMS软件建立激振台的虚拟样机模型。利用ADAMS的柔性体模块建立弹簧的柔性体模型,对激振台进行刚柔耦合动力学分析,并进一步分析了固有频率、振型及频率响应。根据分析结果优化弹簧和柔索的刚度,优化后的仿真结果表明:激振台的稳定性和振动情况都得到了提高。     

纵扭式超声振动车削不锈钢和钛合金研究

420马氏体不锈钢与Ti-6Al-4V钛合金是标准的难加工材料,车削时不易获得良好的切削质量,为此在C616普通车床上设计并安装了纵扭超声振动车削系统来提高其车削加工效果。介绍所设计的加工系统,利用该系统对两种难加工材料进行了有无超声振动的切削实验。结果证明：纵扭超声车削相比普通车削,能有效减少表面粗糙度,改变切削速度时表面粗糙度平均可降低约2142%,改变切削深度时表面粗糙度平均可降低约15.61%,改变进给量时表面粗糙度平均可降低约21.01%;而且可以降低刀具磨损和取得更好的表面形貌和切屑形态,进而使纵扭式超声振动车削的切削质量优于普通车削。     

废弃印刷电路板拆除设备开发及其动力学仿真

文章介绍了一种废弃印刷电路板(PCB)元器件无损拆除装置的设计原理和结构模型。然后采用虚拟样机技术对废旧电路板元器件振动拆除过程中产生的接触——碰撞问题进行动力学仿真,确定了不同激振力下电路板与振动头之间的碰撞力(即拆除力)的大小的关系,从而优化设备结构参数、缩短设备开发周期、降低了开发成本。