旋转超声加工的研究现状及发展趋势

随着航空航天、医疗制药、军事等领域的不断发展,硬脆材料的应用越来越广泛,针对硬脆及特殊材料加工方法研究成为加工制造研究的热点之一,其中旋转超声加工对硬脆材料和复合材料加工成为一种有效的加工方法.针对硬脆及复合材料的旋转超声工艺特性以及加工形式的研究现状进行分析,总结近年来国内外在旋转超声加工的设备、应用等方面的主要研究...     

旋转超声钻削的切削力数学模型及试验研究

通过分析硬脆材料脆性断裂去除机理和旋转超声加工特点,确定旋转超声加工时单颗磨粒的切削时间、切削深度、切削速度及切削轨迹长度,建立旋转超声恒进给率钻削硬脆材料的切削力数学预测模型。光学玻璃加工试验研究表明,切削力随进给速度的增大而增大,随主轴转速的提高而减小;在高进给速度条件下,切削力对主轴转速的变化更为敏感,在低主轴转速条件下,切削力对进给速度的变化更为敏感;从而很好地验证了已建立的切削力数学预测模型。旋转超声加工和普通加工的对比试验表明,旋转超声钻削加工可以有效降低切削力,一定程度上减小出孔崩边尺寸,从而提高加工效率、降低加工成本。根据旋转超声加工的表面粗糙度值略高于普通加工,提出硬脆材料脆性断裂去除时磨粒实际切削深度决定加工表面粗糙度的判断。     

硬脆材料旋转超声加工技术的研究现状及展望

旋转超声加工是一种复合特种加工技术,它复合了传统超声加工和普通磨削加工的材料去除方式,在提高硬脆材料去除效率、减小切削力、提高加工精度和表面完整性等方面具有显著优势。自旋转超声加工技术发明至今,国内外学者开展了大量的有关旋转超声加工装备及工艺的研究工作,并且已在几乎所有主要的硬脆难加工材料中得到实际应用。本研究在简要概述旋转超声加工技术的基本原理和发展过程基础上,总结国内外学者在材料去除机理、工艺特性、加工新形式以及装备研发等几方面的主要研究成果,并对旋转超声加工技术的发展趋势及值得关注的问题进行展望。     

硬脆材料超声加工技术的研究

硬脆材料因其具有独特的优良性能而被广泛使用,其高硬脆性使得加工非常困难,超声旋转加工是加工硬脆材料的一种有效方法,主要从超声加工工艺、超声振动系统以及工具磨损几个方面介绍了硬脆材料超声加工技术,分析了硬脆材料超声加工中存在的问题,并指出了硬脆性材料超声加工今后的发展方向。     

旋转超声波钻削用气浮工作台的设计与实验

旋转超声波加工是一种精密、有效的硬脆材料加工方法,为了获得最佳加工质量,旋转超声波钻削加工中,恒定、灵敏地控制工件与工具之间的静载荷至关重要。设计了一种新型的气浮工作台,用于恒定、灵敏地控制旋转超声波加工中的力。并且对比恒速和恒力两种进给方式下,旋转超声波钻削加工高纯氧化铝的加工孔出入口形貌、刀具形貌以及刀具磨损率。研究表明,采用气浮工作台的恒力进给方式可以延长刀具寿命,减小刀具磨损状况下的工件损伤。     

小直径深孔超声振动钻削装置的设计

超声振动加工是一种先进的加工工艺方法,是在加工过程中给工具或工件沿一定方向施加一定频率的超声振动。将超声振动用于精密或超精密加工,特别是在超硬材料、复合材料等难加工材料方面有着突出的优越性,具有低切削力、低切削温度、好的表面粗糙度。基于高频振动切削原理,针对小直径深孔的精密及超精密加工问题,设计了超声振动钻削装置。对难加工材料钛合金进行钻削实验,并对实验结果和数据进行分析。     

超声轴向振动钻削机构的设计与研究

基于振动切削机理研制出一种轴向振动钻削机构,并将该机构应用于立式加工中心上对难加工材料进行切削加工实验.结果表明,超声振动钻削具有传统孔加工技术无可比拟的工艺效果.可提高小直径深孔的加工质量和效率,实现了在难加工材料上进行深孔的钻削加工.     

超声振动辅助钻削技术综述

麻花钻钻孔是机械加工领域最为常用的孔加工方法。传统麻花钻钻孔加工中,特别是对一些难加工材料进行钻孔加工时,存在轴向力大、表面质量差等诸多问题。超声振动辅助钻削属于振动钻削技术的一种,即在钻孔过程中在麻花钻上施加大于15 kHz的高频振动,钻头的周期性振动改善了切削刃工作状况,可在一定程度上解决难加工材料制孔难题。介绍超声振动辅助钻削技术的分类、技术特点和系统组成的基础上,从动力学研究、振动断屑理论研究、切削力研究、精度及加工质量研究、在新材料上的应用和超声振动钻削装置六个方面论述了超声振动辅助钻削理论和技术的国内外研究进展。基于超声振动辅助钻削技术的发展现状,结合航空航天等领域难加工材料制孔技术的需求,从理论研究、超声振动系统开发完善、新材料工艺研究、专用超声辅助钻削机床开发以及超声振动辅助加工规范标准制定等方面指出了现有研究和应用中存在的问题并对未来发展趋势做以展望。     

GFRP旋转超声套孔加工轴向力试验研究

轴向力是反映孔加工过程和状态的最重要参数之一,对纤维增强复合材料的制孔质量有直接影响.为分析旋转超声套孔加工中轴向力随工艺参数的变化规律,基于旋转超声套孔加工中磨粒的运动学特性,建立钻削力数学预测模型,并对玻璃纤维增强复合材料进行孔加工试验研究.试验结果表明:轴向力随着主轴转速提升或进给速度降低呈现减小趋势,与钻削力数...     

微晶玻璃细深孔超声加工工具有限元分析

采用普通钻削加工细深孔的质量很差,在以微晶玻璃为代表的硬脆材料上进行细深孔加工更加困难。为实现在微晶玻璃上的细深孔加工,采用了超声加工方法,完成了超声加工声学系统的设计,并用有限元分析方法对工具在不同压力下的变形和应力进行了分析。实验结果表明,该超声加工工具可以满足微晶玻璃细深孔的加工要求。     

Mathematical model for cutting force in rotary ultrasonic face milling of brittle materials

Rotary ultrasonic machining of brittle materials, such as glass, ceramics, silicon, and sapphire, has been explored in a large number of experimental and theoretical investigations. Mechanistic models have been developed to predict the material removal rate or cutting force in the rotary ultrasonic machining of brittle materials. However, most merely describe the rotary ultrasonic machining process of drilling holes in brittle materials. There are no reports on the development of a cutting force model for flat surface rotary ultrasonic machining, i.e., rotary ultrasonic face milling. This paper presents a mathematical model for the cutting force in the rotary ultrasonic face milling of brittle materials under the assumption that brittle fracture removal is the primary mode of material removal. Verification experiments are conducted for the developed cutting force model and show that the trends of input variables for the cutting force agree well with the trends of the developed cutting force model. The developed cutting force model can be applied to evaluate the cutting force in the rotary ultrasonic face milling of brittle materials.     

变幅杆连接工艺对旋转超声加工质量影响的研究

超声旋转加工是一种适用于脆硬材料加工的新技术,它强化了原加工过程,其加工效率随着材料脆性的增大而提高,实现了低耗能的目标。在超声旋转加工中,超声加工工具与变幅杆的连接对超声振动共振频率和超声波加工性能有很大影响。本文在深入研究旋转超声加工基本原理的基础上,分析了旋转超声加工时能量传递系统的关键制件-变幅杆和工具杆对超声加工精度的影响,并对变幅杆和工具杆制造工艺及连接的方法进行了初步研究。     

A study on combined vibration drilling by ultrasonic and low-frequency vibrations for hard and brittle materials

This research aims to improve machining accuracy concerning the method of drilling ceramics and other hard and brittle materials as well as to establish a drilling technology that would ensure high efficiency and longer life of tools. Specifically, the authors contrived a new drilling method that combines ultrasonic vibrations of a diamond core drill and low-frequency vibrations of the workpiece and produced a combined vibration drilling apparatus experimentally. In this paper, the combined vibration drilling apparatus is used for a series of experiments under different vibration conditions to examine the behavior of drilling force, drilled hole accuracy, and edge chipping on the drilled hole surface. In addition, the behavior of tools during combined vibration drilling are theoretically examined. As a result of these considerations, the authors found that combining ultrasonic and low-frequency vibrations is one of the most effective methods for drilling hard and brittle materials.     

非金属硬脆材料加工技术的最新进展

综述了近年国内外非金属硬脆材料加工技术的发展和最新研究成果,主要包括在传统磨削技术基础上发展起来的先进磨削技术,加热、超声和摩擦化学反应等辅助能量加工技术,以及激光、等离子、电火花、磨料水射流等高能束加工技术,展望了超精密加工技术的发展前景,旨在为促进我国的非金属硬脆材料优质、高效、低成本加工技术的快速发展提供借鉴。     

辅以工具旋转的超声波加工方法的研究

结合传统超声波加工和超声旋转加工的特点,提出了一种适合于对硬脆材料进行大面积加工的新方法：辅以工具旋转的超声波加工,并推导了其材料去除模型。     

SiC陶瓷旋转超声振动套磨制孔有限元仿真及实验研究

为解决SiC陶瓷加工时容易出现崩边、裂纹等问题,结合仿真与实验对其进行旋转超声振动套磨制孔技术研究。根据SiC陶瓷宏观力学本构模型,建立SiC陶瓷制孔仿真有限元模型并进行加工过程仿真分析,相比常规制孔,超声振动制孔的仿真轴向力最大可减小26.1%。常规加工和超声振动加工的对比实验研究表明,旋转超声振动加工可减小轴向力达32.9%,可大幅减少陶瓷材料脆性断裂,显著改善孔壁表面质量。有限元仿真与实验研究所得的轴向力在超声振动下最大相差7.5%,常规条件下两者最大相差14%,验证了有限元模型的正确性。仿真和实验研究结果表明：超声振动加工可显著减小轴向力和刀具磨损、提高刀具耐用度、改善制孔质量、降低加工成本。     

飞机紧固孔超声振动精密加工技术研究

针对飞机蒙皮复合材料与钛合金叠层(简称复钛叠层)紧固件大孔传统手工多步制孔加工中存在的工艺路线长、加工质量不高、刀具寿命低等问题,开展了超声精密制孔技术的研究,提出了超声振动套-铰-锪的新工艺方法,并研制了超声振动制孔工具系统。实验结果表明,超声振动套-铰-锪新工艺方法及振动制孔工具系统可以高质、高效、低成本加工复钛叠层紧固件大孔,能满足飞机复钛叠层紧固孔精密装配的工业要求。