基于数控机床的功率超声振动复合加工的研究及应用

针对难加工材料的复杂型面加工难以实现的问题,提出了基于数控机床的功率超声振动复合加工方法。通过试验研究证明,将功率超声用于数控机床能充分发挥功率超声加工和数控加工的优势,可以实现对难加工材料的复杂型面加工的精度要求。     

轴向功率超声珩磨力学模型的建立及仿真

功率超声珩磨技术在发动机缸套的精密加工中能够得到较好的表面质量,其中珩磨力的大小与超声振动特点有关,是影响工件材料去除、磨削热及表面质量的重要因素之一。基于超声珩磨材料去除机理,考虑了油石表面磨粒分布规律,建立了包括材料切屑变形和磨粒与工件摩擦两种情况的超声珩磨力学模型。由力学模型仿真结果可知:功率超声珩磨磨削力与加工参数及加工过程中材料物理变化均有关,特别是材料应变率效应更加明显;在相同加工条件下,超声珩磨磨削力比普通珩磨平均降低50%以上,并且法向力与切向力比值增大,有利于材料的去除;超声振动能够减小磨粒与工件的平均动态摩擦系数,从而减小平均切向摩擦力大小,有利于提高工件表面质量;珩磨深度较主轴转速对珩磨力影响更大,当主轴转速高于620 r/min时,珩磨力开始逐渐减小。     

功率超声技术的研究现状及其应用进展

对功率超声的研究现状进行概述,介绍功率超声技术的有关应用;重点分析功率超声的超声换能器和变幅杆、超声发生器、换能器材料等的研究进展及在超声加工、超声清洗、超声马达、声空化和声化学、超声治疗、超声雾化等方面的新应用及其发展。     

气浮负载匹配的超声微细孔加工影响因素研究

为探究加载力、超声功率百分比等因素对硬脆材料的旋转超声微细孔加工质量与效率的影响,采用正交试验设计法设计试验方案,以铁氧体和石英玻璃为工件材料,运用超声加工系统和具有加载力控制功能的气浮负载匹配系统进行旋转超声微细孔加工试验。分析并比较加载力、超声功率百分比、游离磨料等参数对不同材料加工后的微细孔直径和孔深的影响规律。试验结果表明,加载力过大会导致加工效率较低;加工过程中能量输入以声能为主;超声的影响区域略大于刀具本体;过大地游离磨料颗粒不易进入加工区域,过小颗粒无法携带足够能量,所以游离磨料直径过大或过小都会导致加工质量和效率都较低。     

齿轮超声加工技术的研究综述与展望

齿轮超声加工相对于齿轮传统加工可以提高生产效率、延长刀具寿命、改善齿轮表面质量和齿形精度。结合功率超声振动加工特性和应用现状,阐明了齿轮超声加工研究与应用的必要性。详细论述了超声振动滚齿、研齿、齿轮电化学加工、珩齿的加工机理,实验研究与工艺效果。对齿轮超声加工机理材料去除模型研究、振动系统设计、新型刀具设计、生产应用等方面做出了展望。     

超声辅助模板电解加工夹具设计及参数优化

在钛合金等难加工材料上加工高质量的群孔结构仍是一个难题,模板电解加工技术是解决此类问题的较理想方法,在其基础上引入了超声辅助技术,以进一步提高加工质量。设计一种专用超声辅助模板电解夹具,通过大量试验寻找关键参数的影响规律。研究结果表明,一定范围内超声频率越低,超声功率越高,则超声辅助优化效果越显著;超声辅助模板电解加工的最佳温度为45℃,最佳电解液压力为0.35 MPa。     

超声振动珩磨工艺参数优化的试验研究

利用自行研制的功率超声振动珩磨实验装置,对超声珩磨和普通珩磨的磨削效率进行了对比实验研究,并采用超声振动珩磨技术,对AZ91D镁合金材料进行了加工实验,以确定最佳油石参数及工艺参数。实验结果表明,超声珩磨在材料去除率和加工表面质量上均优于普通珩磨。实验获得的优化工艺参数可以满足对镁合金的实际加工需要。     

功率超声谐振系统的CAE研究

谐振系统是功率超声加工的核心技术。在学习和掌握功率超声谐振系统的组成和基本原理的基础上．运用珩磨加工原理和谐振理论,开发了功率超声谐振系统的CAE系统。研究结果对超声珩磨在深孔加工方面的运用和珩磨装置的计算机辅助设计有重要的推动作用。     

超声功率对APS涂层超声振动辅助磨料水射流冲蚀效率的影响

由于广泛应用在航空发动机上的热障涂层工作环境恶劣,使用一段时间后会产生脱落现象,为提高磨料水射流去除热障涂层的加工效率,在原基础上引入超声振动并搭建超声振动辅助加工系统,并在不同超声功率下对APS热障涂层进行冲蚀加工试验。试验结果表明：施加超声振动后,热障涂层的材料去除率明显提升。     

硬质合金激光辅助二维超声切削的表面质量

钨钴类硬质合金作为1种典型的难加工材料,具有良好的综合性能,在此类材料的加工中,采用传统的加工方式存在刀具磨损严重、精度低、效率低等缺点,难以满足实际生产的要求。基于正交试验,采用了椭圆超声振动及激光加热复合超精密加工的方法对硬质合金激光超声辅助加工的表面质量进行了研究,分析得到了表面粗糙度受切削加工参数及激光功率的影响规律及趋势,建立了基于响应曲面法的表面粗糙度预测模型。研究表明:对于表面质量的影响程度方面,激光功率和进给速度比背吃刀量及主切削速度起的作用更大,粗糙度的值跟随激光功率和切削速度的增大先减后增,随着背吃刀量和进给速度的增加而增大。     

超声加工技术的应用现状及其发展趋势

根据近年来超声加工技术的发展状况,综述了超声加工技术的应用现状及其发展趋势。超声加工技术具有其极强的切削能力、极小的切削抗力、极细微的光整能力以及极高的强化能力。国内外学者对超声振动系统中的超声换能器和变幅杆进行研究,目的在于增加系统的功率与变幅杆的振幅,以及适用于特定的加工环境。超声加工技术以其工艺优势在难加工材料加工、深小孔加工、薄壁件加工、超声表面光整强化、超声焊接和磨粒冲击等加工领域获得越来越广泛的应用,并且其应用涉及半导体工业、高速列车、汽车制造、航空航天、光学元器件、医疗工业等产业领域。随着超声加工技术应用的日益普遍,超声复合加工、微细超声加工、旋转超声加工以及超声骨切削技术也将得到进一步的发展和运用。     

硅镜超声加工声学系统设计

近年来,超声加工方法已经越来越多地应用于脆硬材料的加工,超声声学系统是功率超声设备的核心和关键所在,其设计的好坏直接影响到其应用的效果.在分析超声声学系统工作原理的基础上,给出了该声学系统的具体设计方案,并且专门针对硅镜超声加工声学系统进行了设计及实验.实验结果表明,所设计的声学系统性能比较稳定,换能器发热较少,效率较高.     

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。     

功率超声加工关键技术的研究进展

功率超声加工是现代超声技术的重要组成部分,在新型材料加工上有着广阔的应用前景.简要介绍超声加工技术的发展,着重讨论了超声加工技术中超声波电源、超声换能器、变幅杆和工具等关键技术的研究现状,最后结合作者近几年的研究成果,提出超声加工技术的发展趋势.     

功率超声珩磨磨削区空泡溃灭微射流冲击特性及试验研究

正功率超声珩磨是一种超声辅助精密加工方法,依靠油石的运动达到去除材料及改变表面微观形貌的效果,加工过程中,超声波传入磨削液会产生空化效应,空泡溃灭过程中会产生微射流、冲击波、声致发光等次级效应,会对材料表面产生不容忽视的影响,尤其是空泡溃灭微射流的冲击作用。因此,文中提出超声珩磨环境中空泡溃灭微射流冲击特性的研究,主要工作如下。     

航空难加工材料超声振动辅助切削技术现状及发展趋势

综述了钛合金、镍基高温合金及碳纤维增强复合材料等典型航空难加工材料超声振动辅助加工现状,在刀具上施加一维或二维超声振动可以提高航空难加工材料的切削加工性,具体表现为切削力降低、表面粗糙度改善、刀具磨损降低等。试验发现二维超声振动在切削航空难加工材料时效果更加显著。试验表明,未来开展超声振动加工与其它方式的复合加工将是进一步提高航空难加工材料切削加工性的有效手段。     

硬质合金激光超声辅助加工切削力特性

钨钴类硬质合金作为一种典型的难加工材料,具有良好的综合性能,在此类材料的加工中,采用传统的加工方式存在刀具极易磨损严重、加工精度低、效率低等缺点,难以满足实际生产的要求。文中将精密切削方法与特种加工理论相结合,提出了采用二维超声振动和激光加热复合辅助精密加工的方法。文中基于正交试验,对硬质合金激光超声辅助加工的切削力特性进行了研究,通过极差分析和趋势图分析,得到了切削用量和激光功率对切削力的影响规律和趋势,采用回归分析的方法 ,建立了三向切削力的经验模型,并对该模型进行显著性分析。研究表明:激光功率和背吃刀量对切削力有较显著的影响,而进给量和主切削速度对切削力的影响相对较小。随着激光功率的增加切削力逐渐降低,随着背吃刀量的增加切削力逐渐升高。运用回归分析方法获得的经验公式显著性强,为复合条件下切削力的控制提供有力的依据。     

超声振动锉削加工C_f/SiC复合材料试验研究

碳纤维增强碳化硅陶瓷基(Cf/Si C)复合材料是一种应用普遍的纤维增强陶瓷基复合材料。针对Cf/Si C复合材料复杂曲面难加工问题提出了超声振动锉削加工方法,建立数学模型分析其加工机理,设计可行性试验验证表明超声振动锉削相对于传统锉削加工方法,可以降低锉削力,提高加工表面质量。利用单因素试验研究了刀具粒度、超声功率、径向锉削深度及水平进给速度对锉削力和被加工件表面粗糙度的影响。结果表明:锉削力随超声振动功率的增大而减小,随锉削深度和进给速度的增加而增大,与理论模型推导结论吻合;超声振动功率的增加可以提高工件表面质量,而锉削深度和进给速度的增加则会降低表面质量。     

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。     

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。