微结构超声复合加工机理分析与试验

提出制作微结构的超声复合电加工方法.分析微细超声、超声复合电火花、超声复合电解微细加工过程机理.用微细放电组合技术制作多种截面形状微细工具电极;完善超声复合电加工试验系统,进行了多种材料、形状的微结构超声复合加工试验.结果表明:用超声加工是制作硬脆材料微结构的有效方法,用超声复合电火花制作的金属材料微结构有好的精度及稳定性;超声复合电解加工兼有效率高、精度好的技术优势.     

非导电材料的电化学电火花复合加工工艺研究

概述了电加工非导电超硬材料的一个新方向———电化学电火花复合加工的加工原理 ,研究了物理充气方法和工具电极作超声振动对电化学电火花复合加工效率的影响。     

钛合金超声振动研磨表面粗糙度特性试验研究

根据超声振动研磨加工原理,采用自行研制的超声振动研磨装置对塑性难加工材料钛合金(TC4)表面粗糙度特性进行了试验研究。试验采用单因素法,分别研究了工件转速、超声振动振幅以及磨料粒度对工件表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:超声振动的附加在一定程度上降低了工件表面粗糙度。所获得的结论对超声振动研磨中加工参数的选择具有一定的参考价值。     

超声辅助线切割加工超声参数对表面粗糙度的影响

为提高超声振动与电火花线切割复合加工难切削金属的加工质量,通过理论分析、数值模拟和试验验证,对超声振动与电火花线切割复合加工作用下不同振幅和频率对表面粗糙度的影响规律进行深入研究。基于超声振动的电火花线切割复合加工构建物理模型和数学模型,推导基于超声振动的移动高斯热源热流密度公式,建立了完整的温度场仿真模型。通过ANSYS有限元复合加工过程温度场的模拟分析,构建基于温度场数值模拟的表面粗糙度理论计算模型。通过单因素试验对表面粗糙度的理论计算模型进行了验证,结果表明：随着振幅和频率的增大,被蚀除电蚀坑体积减小,表面质量变高;试验结果与理论及仿真模型的变化规律具有较好的一致性,最小偏差7.717%,最大偏差16.708%。     

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。     

非导电材料的电化学电火花复合加工工艺研究

概述了电加工非导电超硬材料的一个新方向－电化学电火花复合加工的加工原理，研究了物理充气方法和工具电极作超声振动对电化学电火花复合加工效率的影响。     

超声加工技术研究进展

超声加工技术依靠瞬时高频振动撞击对工件断续加工,具有极强切削能力的同时,具有较小的宏观切削力,主要用于硬脆材料的精密加工,能提高加工精度和表面质量。首先,阐明了超声加工技术的基本原理及其基本应用范围。其次,综述了超声辅助切削加工技术的研究进展,着重论述了超声辅助铣削净切削时间模型的建立以及模型正确性验证,总结了加工参数对刀具运动轨迹、工件表面质量的影响,阐明了椭圆振动切削能有效抑制切削颤振带来不利影响的原因;探讨了超声辅助磨削技术在加工非金属和金属材料时,对表面质量以及工件表面温度分布的影响;综述了超声辅助钻削技术的切削力和进给速度与普通钻削参数的比较。再者,介绍了超声波加工技术的新发展方向,包括三维椭圆超声振动切削技术、超声ELID复合磨削技术、超声EDM复合加工技术、超声辅助抛光的工作原理及最新研究趋势和能实现的试验效果。最后,总结了目前对超声加工技术及超声辅助或复合技术的研究。     

氧化锆陶瓷旋转超声加工脆塑转变特性研究

目的揭示旋转超声振动对硬脆材料脆塑转变特性及工艺参数对材料脆塑转变临界切削深度的影响规律。方法以氧化锆陶瓷为研究对象,在硬脆材料压痕断裂试验基础上,从理论上分析了超声振动加工硬脆材料脆塑转变的临界条件,并进行了纵向振动及纵扭共振形式的旋转超声振动划痕与普通划痕对比试验。结果在相同试验条件下,超声振动划痕较普通划痕有较高的材料脆塑转变临界切削深度。适当地增大超声能量,纵扭共振比纵向振动具有更大的脆塑转变临界切削深度值;而随着进给速度的增大,纵向振动比纵扭共振具有更大的材料脆塑转变临界切削深度。结论通过不同划痕条件的对比,超声振动能有效提高氧化锆陶瓷的脆塑转变临界切削深度,增大塑性域加工范围,提高材料表面加工质量,验证了理论分析的正确性。     

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.     

工件作超声振动时的磨削特性研究

磨削是加工硬脆性材料并获得高加工精度的常用工艺,加工过程中表面质量与材料的去除率是一对矛盾,超声振动的引入在很大程度上缓解了这一矛盾。对工件作超声振动的磨削加工特性进行了试验及理论分析,从工件振动的等效硬度特性角度分析了磨削力比降低的原因,并对其进行了量化计算。该结果对超声辅助磨削加工硬脆材料具有现实的指导意义。     

基于人工神经网络的超声加工振幅控制的研究

针对超声振动加工中,系统振幅随外界条件的变化而衰减的问题,提出了利用人工神经网络分析换能器的输入电流,以保证超声加工的振幅始终工作在最大值附近。通过人工神经网络训练数据,建立换能器输入电流与超声波发生器频率调整间的关系,达到实时调节超声波发生器频率使整个系统处于谐振的作用。最后,将此方案应用在功率超声珩磨加工中,通过换能器输入电流的稳定性和加工精度证明此方案的效果。     

A Study on Process Parameters of Ultrasonic Assisted Micro EDM Based on Taguchi Method

Experimental investigation of ultrasonic assisted micro electro discharge machining was performed by introducing ultrasonic vibration to workpiece. The Taguchi experimental design has been applied to investigate the optimal combinations of process parameters to maximize the material removal rate and minimize the tool wear. Analysis of variance (ANOVA) was performed and signal-to-noise (S/N) ratio was determined to know the level of importance of the machining parameters. Based on ANOVA, ultrasonic vibration at 60% of the peak power with capacitance of 3300 PF was found to be significant for best MRR. The machining time plays a significant role in the tool wear. The results were confirmed experimentally at 95% confidence interval.     

Fabrication of deep micro-holes in reaction-bonded SiC by ultrasonic cavitation assisted micro-EDM

Ultrasonic vibration was applied to dielectric fluid by a probe-type vibrator to assist micro electrical discharge machining of deep micro-holes in ceramic materials. Changes of machined hole depth, hole geometry, surface topography, machining stability and tool material deposition under various machining conditions were investigated. Results show that ultrasonic vibration not only induces stirring effect, but also causes cloud cavitation effect which is helpful for removing debris and preventing tool material deposition on machined surface. The machining characteristics are strongly affected by the vibration amplitude, and the best machining performance is obtained when carbon nanofibers are added into the vibrated dielectric fluid. As test pieces, micro-holes having 10 μm level diameters and high aspect ratios (>20) were successfully fabricated on reaction-bonded silicon carbide in a few minutes. The hybrid EDM process combining ultrasonic cavitation and carbon nanofiber addition is demonstrated to be useful for fabricating microstructures on hard brittle ceramic materials.     

工作液超声振动辅助电火花小孔加工装置设计与试验

电火花加工小孔存在电蚀产物排出效率低导致加工效率低、电蚀产物排除导致二次放电现象影响加工精度等问题,而超声振动在工作液中产生空化效应和泵吸作用,能大幅提高电火花的排屑和消电离能力,进而在很大程度上减少上述问题的发生。设计一套工作液超声振动辅助电火花小孔加工装置,主要包括主轴系统、微三维运动平台、超声振动工作液槽和数据采集系统,其中主轴系统包括NSK电主轴、引电结构、工具电极装夹结构,可以实现工具电极的高速旋转;基于LabVIEW开发了电火花小孔加工控制系统,主要包括初始化模块、粗定位模块、恒电压对刀模块、实时电压分段控制加工模块和实时显示模块。开展了工作液超声振动辅助电火花小孔加工试验研究,试验结果表明：随电火花加工电压的增加,工件材料去除率和电极损耗率都趋于增大。     

神经网络在超声-电火花复合加工参数预测中的应用

超声-电火花复合加工参数的选择及合理搭配对加工方法的应用、生产率的提高和工具电极的损耗都极其重要，是稳定高效加工进行的前提和保证。通过分析复合加工的主要影响因素，建立了基于BP人工神经网络的超声电火花加工工艺参数优化系统和相应的数据库系统。在给定条件下，系统得到的加工参数更加趋于合理，复合加工系统的总体性能得到提高，克服了传统单纯依赖于工艺数据库的参数选取系统的局限性。试验结果与预测结果有较好的一致性，表明了该系统可为超声电火花加工提供合理可靠的加工方案，系统更加便于用户操作。     

超声波椭圆振动加工技术的研究进展

超声波椭圆振动加工是功率超声加工技术的重要分支之一,在硬脆性材料加工方面具有非常广阔的应用前景。综述了超声波椭圆振动加工系统的研究进展和超声波椭圆振动加工技术在车削、镗削、钻削、铣削、磨削、化学机械抛光、砂轮修整、表面滚压与焊接等方面的最新应用,最后对超声波椭圆振动加工技术的发展方向提出了一些建议。     

超声振动辅助铣削加工实验研究

通过实验研究了超声振动辅助铣削加工参数和振动参数对切削力与表面粗糙度的影响。在工件上施加沿进给方向的高频率、小振幅的超声振动。通过切削轨迹研究了超声振动切削的瞬时切削厚度,进而分析了切削力。以主轴转速、每齿进给量和振幅为参数,设计了一系列超声振动辅助铣削加工实验,并利用方差分析方法研究了各参数对切削力影响的显著性。研究结果表明:与未施加超声振动相比,施加超声振动后的切削力明显降低;超声振动铣削加工时对切削力的影响程度由大到小依次为振幅、主轴转速、每齿进给量;在特定的参数下,表面粗糙度也有所改善;表面形貌在同一振幅、不同进给量下存在明显差异。     

超声振动精密加工研究现状与发展趋势

综述了国内外超声振动加工技术的研究进展,分析和探讨了超声振动在硬脆材料精密加工的中推广应用,并对我国超声振动加工技术的发展提出了一些建议和今后研究发展的设想.     

电极丝超声振动的低速走丝电火花线切割加工研究

研究了低速走丝电火花线切割加工中附加超声振动后电极丝的高频振动对加工性能的影响。建立了描述超声振动下的电极丝振动的数学模型，并进行了计算机模拟分析。实验表明，电极丝附加超声振动可以改善极间放电状态，提高加工效率，减少断丝率，降低加工表面粗糙度值。