不同自由质量块对复频超声加工效率的影响

通过对陶瓷材料的材料去除机理分析,发现了其材料去除率随超声振动频率的增大、碰撞粒子总数的增多、施加静压力的增大而增大。采用了复频超声加工方法对不同自由质量块下超声振动的频率进行了测量,发现了对于同样直径的自由质量块,球形自由质量块产生的低频频率比圆柱形自由质量块产生的低频频率高。通过对不同自由质量块下的陶瓷材料进行超声钻孔实验,发现了对于圆柱形自由质量块,其对应的材料去除率在一定范围内随直径(质量)的增大而增大,而球形自由质量块对应的材料去除率在一定范围内随直径(质量)的增大先增大后减小。且对于同样直径的自由质量块,球形自由质量块对应的材料去除率要比圆柱形自由质量块对应的材料去除率更高,加工效率更好。直径为6mm的球形自由质量块对应的材料去除率最高,为123(mg/min),而不放入自由质量块对应的材料去除率最低,为23(mg/min)。     

基于ABAQUS超声振动钻削系统变幅杆模态分析

超声振动钻削是孔精密加工的新技术,其系统中的变幅杆对孔的加工具有重要影响。首先介绍了变幅杆的工作原理,之后应用ABAQUS软件对变幅杆进行三维建模和模态分析,根据分析结果得到变幅杆最佳振型频率。最后,在有与无超声振动辅助下钻削45号钢,对比分析孔加工质量。通过结果分析,在最佳振型频率下,孔表面质量更好。     

复频超声中自由质量块的应用及试验研究

复频超声加工是在超声加工的基础上,通过自由质量块引入一低频振动,高、低频振动共同完成切削的加工方式。复频超声加工方法能够增大钻头输出端的冲击动应力,提高加工效率,因此是一种应用前景良好的硬脆材料加工方法。分析了复频超声振动系统的工作原理,并根据复频超声振动系统的运动特点,建立了复频超声装置加工硬脆材料的数学模型,研究了自由质量块在加工过程中的作用。陶瓷材料加工试验表明,材料去除率随着自由质量块厚度的增大而增大,且其变化幅度随厚度的逐渐增加越来越明显;很好的验证了理论分析的准确性。对比不同加工时间的试验,结果表明材料去除率的增长率随加工时间的增加而增加,说明材料去除机理遵循裂纹产生、裂纹扩展和材料去除的规律。     

超高导热陶瓷复频超声加工的基础试验研究

超高导热陶瓷基板作为新一代大规模集成电路的理想封装材料,其硬脆特性为加工带来了极大的困难。在工程陶瓷传统超声加工理论的基础上,针对因超声波发生器功率有限造成的传统单频超声加工振幅难以提高的问题,通过添加自由质量块引入低频大振幅振动的方法,实现了复频超声加工;针对因自由质量块的非正常碰撞造成复频超声加工单元频率不稳定的问题,对自由质量块进行优化设计,有效提高了装置的稳定性;针对因低频大振幅振动引入造成工件出入口处崩边现象加剧的问题,设计了自由质量块捕捉装置,搭建了“刚柔并济”的复频超声加工试验系统;针对影响其加工效率的工艺参数进行了试验研究,试验结果表明:与传统超声加工方法相比,在合理选择自由质量块和轴向静压力的条件下,该方法在保证加工精度的同时,可大幅提高加工效率。     

高温合金超声振动钻削系统设计及试验研究

高温合金在普通钻削中加工困难,不容易获得好的表面质量,超声振动钻削方法可以改善孔的加工质量。首先,对超声振动钻削孔加工的工作原理进行介绍,之后设计装置并对其中的变幅杆进行三维建模,应用ABAQUS软件平台,对超声振动钻削的变幅杆进行模态分析,生成了各阶频率下的模态阵型,得出最优频率。最后,在最优频率下,对高温合金材料进行超声振动钻削实际加工。研究结果表明,和普通钻削相比,超声振动钻削可以使高温合金孔表面粗糙度降低,表面质量较好。     

新型复频超声钻杆的研究

复频超声加工是加工硬脆材料的有效方法之一,现有的超声加工机床中,钻杆和变幅杆多为同种材料采用螺纹结构连结,不同种材料,因其弹性模量不一致而限制了以多种材料螺纹连接制造超声钻杆的可能.针对该问题,以YT15硬质合金制作超声钻杆,运用ANSYS软件的模态与谐响应分析,分析了其在工作中的动态性能,以复频超声加工机床的实验为基础,并选用合适的制造工艺,设计了一种多材料复频超声钻杆,以实验验证硬质合金钎焊工艺在超声中的可能性.结果 表明;新型超声钻杆可以在现有的超声机床上实现稳定、高效的超声加工,且验证了钎焊工艺是超声加工机床部件连接的一种有效方法.     

超声珩齿指数型变幅器的动力学特性

超声振动可以有效地减小珩磨力,超声空化现象与切削液的共同作用对珩磨轮实现实时动态清洗,从而减小珩磨轮堵塞、提高加工效率,超声和珩齿进行复合加工是一种应用前景良好的齿轮精加工方法.超声珩齿的加工对象--齿轮,是一类特殊负载(直径大,厚度小),且对振动系统的加工频率影响大,在超声振动系统设计时,必须将变幅杆和齿轮组成变幅器进行全面考虑.鉴于此,根据应力耦合,将齿轮作为圆盘,采用指数型变幅杆,推导频率方程,对变幅杆的设计长度和变幅器振动频率进行数值分析,发现变幅杆的共振频率恰好是变幅器的失谐频率,变幅器的共振频率与变幅杆的固有频率也不相同,这能够为超声珩齿变幅器的设计提供理论依据.     

超声珩齿弯曲振动变幅器的位移特性

超声振动可以有效地减小珩磨力,超声空化现象与切削液的共同作用可以对珩磨轮实现实时动态清洗,从而减小珩磨轮堵塞,提高加工效率,因此超声和珩齿的复合加工是一种应用前景良好的齿轮精加工方法.超声珩齿的加工对象--齿轮,直径大,厚度小,是一类特殊负载,且对振动系统的加工频率影响大,所以在超声振动系统设计时,必须将变幅杆和齿轮全面考虑建立动力学方程.为此,将齿轮简化为圆盘,加工过程中齿轮作只有圆节线的弯曲振动,采用圆锥型变幅杆,推导变幅杆和圆盘组成的变幅器的频率方程,并利用它设计了变幅器,对变幅器动力学参数的数值计算、有限元分析及试验测量结果一致.通过计算变幅器中变幅杆和圆盘各自独立的谐振频率,发现与变幅器的谐振频率误差较大,说明变幅器设计时必须同时考虑变幅杆和圆盘的相互作用,否则设计的变幅器谐振频率误差过大.     

超声辅助枪钻钻削系统的设计和分析

针对枪钻在钻削塑性金属材料时,易形成连续不断的切屑,周期性堵塞排屑,甚至导致钻杆被扭断,严重影响孔加工的表面质量,提出对枪钻整体施加超声纵向振动的方案。通过对枪钻施加超声纵向振动,实现枪钻钻削时的周期性断屑,提高枪钻的寿命和孔加工的质量。利用传输矩阵法设计出超声辅助枪钻钻削机构中的换能器、变幅杆、旋转夹具以及刀具,通过SolidWorks软件建模,并应用ANSYS Workbench软件对设计的结构进行模态和谐振分析,验证了超声钻削机构设计的准确性。     

超声振动特性在磨削加工系统中的应用

将超声振动特性应用于磨削加工系统中变幅杆的设计,利用振动模态分析和谐振响应分析方法,研究了超声磨削谐振系统和变幅杆的动态特性,确定了变幅杆的共振频率及在该频率下的谐振响应状态,求出了变幅杆自由端面在谐振状态下的振幅,由此获得了变幅杆的振幅放大系数。据此设计了最佳形状的变幅杆,并通过仿真分析验证了其设计合理性。