超声振动辅助划擦高体分铝基碳化硅的刀具磨损特性

为研究高体分SiCp/Al复合材料旋转超声加工中金刚石刀具的磨损规律,制备了圆锥形单颗金刚石工具,分别进行了单颗金刚石普通磨损试验和超声振动辅助磨损试验,通过对比分析两种试验结果,得出超声振动对金刚石刀具磨削高体分SiCp/Al复合材料时磨粒磨损规律的影响。试验结果表明:普通磨损试验中金刚石磨粒的磨损形式主要为宏观崩裂和磨耗磨损,而超声振动辅助磨损试验中金刚石磨粒的磨损形式主要为微小破碎和磨耗磨损。超声振动作用能显著降低试验过程中的切削力,减小摩擦因数,缓解金刚石磨粒与材料的黏附作用。金刚石磨粒在轴向上叠加了超声频的振动速度,其切入材料的合成速度增大,使金刚石磨粒内部尺寸较小的裂纹更易扩展,磨粒所受切削力方向不断发生改变,因此不易形成较大的宏观崩裂,金刚石磨粒的使用寿命得到延长。     

高体积分数SiCp/Al复合材料旋转超声铣磨加工的试验研究

由于大量高硬度增强相SiC颗粒的存在,高体积分数铝基碳化硅（SiCp/Al）复合材料的机械加工十分困难。旋转超声加工被认为是加工这种材料的有效方法。通过超声辅助划痕试验,分析高体积分数SiCp/Al复合材料旋转超声铣磨加工的材料去除机理。在超声振动的作用下,材料中铝基体发生塑性变形,其表面得到夯实;SiC增强相被锤击成细小的颗粒而发生脱落,形成较大的空洞。由于材料加工的缺陷大多产生于SiC颗粒的去除过程中,SiC颗粒的去除方式对加工表面的质量起着决定性的作用,选择合适的工艺参数可以有效提高加工表面质量。旋转超声加工工艺特征试验表明,超声振动可有效降低切削力;主轴转速对轴向切削力的影响最大,其次是进给速度,切削深度对轴向切削力的影响较小;另外主轴转速对表面质量的影响效果也最大,并随主轴转速的增大表面粗糙度增大。因此在加工过程中,可以适当加大切削深度,在保证加工质量的基础上,选择较大的进给速度,在保证刀具寿命的前提下,选择合适的主轴转速,以获得较优的加工表面质量和加工效率。     

面向超磁致伸缩换能器的超声电源设计与性能分析

面向超磁致伸缩换能器的超声电源相对于传统的压电换能器超声电源存在一定的区别,但是目前这方面的相关研究报道较少。本研究建立了带有无线能量传输装置的等效电路模型,设计了一种面向超磁致伸缩换能器的超声电源。频率源基于直接数字合成(DDS)技术并利用全桥开关放大电路进行功率放大,使用相位和有效值(RMS)计算实现频率追踪策略,从而使该电源具备定频信号输出以及实时频率追踪的功能。最后,对超磁致伸缩换能器超声电源的输出性能进行了测试与分析,结果表明,在开环定频驱动功能下可以输出15～50 KHz的超声信号,在闭环追频驱动功能下可以在工作频率点处长时间稳定驱动超磁致伸缩换能器。此外,文章对面向超磁致伸缩换能器的超声电源进行了升级,并进行实验验证该电源可以实现超过1 kW的大功率输出。     

基于六端网络法的压电超声换能器优化设计

压电超声换能器传统四端网络设计方法忽略了压电陶瓷晶堆内部的机电耦合过程，使用该方法所设计的压电超声换能器尺寸误差大，输出的超声振幅较小。为了提高压电超声换能器尺寸设计精度、增大换能器输出的超声振幅，本文将考虑压电陶瓷晶堆内部机电耦合作用的六端网络引入到压电超声换能器的设计中，分别采用四端网络法和六端网络法设计得到两个不同尺寸的压电超声换能器A和B，通过有限元方法对比分析了两个换能器的固有频率和输出振幅，并进一步通过实验验证了设计理论与仿真分析的有效性。研究结果表明，在相同激励电压下，采用六端网络法设计得到的压电超声换能器B输出的超声振幅是换能器A输出振幅的1.5倍，六端网络法设计压电超声换能器可以提高所设计换能器的振动性能。