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。     

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。     

深小孔超声轴向振动钻削装置设计与研究

基于振动钻削机理,针对深小孔振动钻削设计了一套超声轴向振动钻削装置,利用有限元方法对变幅杆动力学特性进行了仿真分析,并在设计研制的超声轴向振动装置上进行了深小孔振动钻削与普通钻削对比试验。试验结果表明设计的试验装置满足深小孔轴向振动钻削加工要求,且振动钻削加工深小孔具有较小上下孔径差和表面粗糙度值,与普通钻削相比能够获得更好的加工质量和工艺效果。     

超声复合变幅杆的设计与研究

在轴向超声振动钻削中,要实现整个声振系统的谐振,变幅杆的设计至关重要.为此就超声复合变幅杆的结构进行分析,设计制造出用于小直径超声振动钻削的复合变幅杆,并应用该变幅杆进行声振系统的试振,试振证明效果良好,能满足小直径深孔超声振动钻削的要求.     

超声振动钻削装置的设计与加工分析

针对孔钻削加工质量不高的问题,选择振动方式,确定钻削结构,设计得到超声振动钻削装置。通过三维建模,然后进行模态分析,研究不同阶数的振型,得到最佳振动频率,为装置制造打下理论基础。使用所设计的超声振动钻削装置钻削45号钢,对孔壁形貌进行对比分析,确认这一钻削装置可以提高孔壁的表面质量。     

复合材料超声振动低损伤制孔技术研究

为了研究碳纤维复合材料超声振动加工机理,本文提出了直角切削三维细观有限元方法并开展了手持式超声制孔实验。首先,基于直角-斜角切削转换关系构建热力耦合有限元模型进行普通和超声振动直角切削仿真,实现对制孔损伤如纤维断裂、基体破坏及纤维-基体界面脱粘的预测,研究了振动频率如幅值和频率对切削力的影响规律;然后,基于四组特殊纤维方向角的有限元仿真结果,进行了能量分析以量化不同能量耗散机制在普通和超声振动直角切削下的百分比,结合切屑形貌对比,针对为何超声振动能减小钻削力及提高制孔质量进行了剖析。最后,基于仿真获取的振动参数影响规律开展了普通钻削及超声振动钻削的对比实验,并对钻削力与亚表面损伤情况进行了对比。结果表明,基于有限元仿真获取合理的振动参数,有助于实际加工应用中减小钻削力及提高加工质量。     

超声辅助锉削加工系统的设计研究北大核心

为了避免加工过程中碳/碳化硅复合材料的异形、深腔燃烧室构件出现分层、撕裂和毛刺等缺陷,提出一种超声辅助锉削加工系统。首先基于多级放大原理,应用传输矩阵法,推导了多级变幅杆的频率方程,并利用MATLAB7.1软件对该频率方程进行求解,实现了多级变幅杆的超声振动;基于薄板弯曲振动原理,应用ANSYS Workbench软件对带有直槽的锉削刀具进行结构优化设计,实现了锉削刀具的超声振动;之后,分别对设计和制造出的超声辅助锉削系统进行有限元分析与振动特性测试,结果显示二者与理论分析结果较好的一致性,谐振频率的误差在0.68%~1.75%。最后,利用研制的超声锉削系统对超声速推进器燃烧室进行切削试验,获得了较好的加工效果。     

超声辅助锉削加工系统的设计研究

为了避免加工过程中碳/碳化硅复合材料的异形、深腔燃烧室构件出现分层、撕裂和毛刺等缺陷,提出一种超声辅助锉削加工系统。首先基于多级放大原理,应用传输矩阵法,推导了多级变幅杆的频率方程,并利用MATLAB7.1软件对该频率方程进行求解,实现了多级变幅杆的超声振动;基于薄板弯曲振动原理,应用ANSYS Workbench软件对带有直槽的锉削刀具进行结构优化设计,实现了锉削刀具的超声振动;之后,分别对设计和制造出的超声辅助锉削系统进行有限元分析与振动特性测试,结果显示二者与理论分析结果较好的一致性,谐振频率的误差在0.68%~1.75%。最后,利用研制的超声锉削系统对超声速推进器燃烧室进行切削试验,获得了较好的加工效果。     

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。     

旋转超声加工用纵扭共振变幅杆的动力学分析

旋转超声振动加工在加工硬脆性复合材料方面应用越来越广,旋转超声振动系统性能的好坏直接影响超声加工的质量,而超声变幅杆是该系统中必不可少的结构器件。针对超声铣磨加工,设计了一种纵扭共振复合型变幅杆。计算了纵振圆锥—圆柱复合变幅杆的结构参数和功能参数,并与有限元分析结果做了比较。阐述了通过圆环斜槽来实现振型转换的基本原理,并通过有限元分析的方法,分析了斜槽的几何参数对变幅杆振动模态和性能参数的影响规律。     

深孔超声轴向振动钻削装置的设计与研究

根据振动切削机理对超声振动钻削和普通钻削进行了分析比较,设计出一种在摇臂钻床上加工小直径深孔的超声轴向振动钻削装置。并分析了超声振动钻削装置设计中的一些关键技术问题,为在摇臂钻床上加工小直径深孔提供了一种新的工艺途径。     

微细深孔超声轴向振动钻削装置的设计

基于高频振动切削原理 ,设计了一种振频 2 0± 1KHz、振幅 2 5 μm的新型超声轴向振动钻削装置 ,该装置由数字锁相环频率自动跟踪式晶体管型超声波发生器、轴向半波长圆柱型压电陶瓷换能器、半波谐振圆锥型变幅杆以及工具系统组成 ,可在软质材料上实现微细深孔的精密、超精密加工     

SiC颗粒增强铝基复合材料的超声振动钻削试验研究

在分析振动切削基本原理的基础上,采用了超声振动钻削的方法对金属基复合材料进行孔加工。借助自行研制的超声钻削设备,通过使用不同材质的硬质合金麻花钻,对两种不同含量的SiC颗粒增强铝基复合材料进行了普通钻削与超声振动钻削的对比试验。从复合材料的破碎形式、超声振动钻削力、钻头磨损以及孔的加工质量等4个方面对超声振动钻削复合材料的特性进行了研究。结果表明,轴向超声振动钻削能够提高入钻的定位精度及孔的表面质量,有效地改善钻头横刃的磨损,同时,钻削扭矩较普通钻削降低约30%。     

超声旋压变幅器的设计与分析

在超声旋压系统中,变幅器由变幅杆与旋轮耦合而成,其谐振振型为变幅杆纵向振动与圆盘弯曲振动。该振型计算复杂,很难直接获得较为精确的尺寸,设计过程中需要不断修正尺寸以达到所要求的频率和振型。借助MSC.Marc有限元分析软件对变幅杆与旋轮耦合后的变幅器进行数值模拟分析,研究旋轮各个尺寸对变幅器谐振频率的影响,得到了旋轮各个尺寸对变幅器谐振频率的影响规律,设计出了符合要求的变幅器,试验表明其振动效果理想。     

超声振动钻削SiCp/Al的表面形成机理研究

采用超声振动辅助对SiCp/Al进行钻削加工,研究了超声振动条件下钻削加工的表面形成机理,讨论了超声振动辅助实现表面质量改善的工艺条件,并分析了表面缺陷的主要形式及其形成机理。结果表明:采用超声振动钻削加工能明显改善表面粗糙度和表面形貌,减少表面缺陷;在高钻削速度和大振幅超声振动的条件下,能在钻削过程中形成表面磨抛效应,进而显著改善孔表面质量;超声振动钻削中表面缺陷的主要形式有涂抹、耕犁、划痕、凹坑以及粘附。     

一种复频超声加工钻的设计及有限元分析

针对工程陶瓷等材料耐磨、抗高温但具有很高的硬度和较大的脆性,加工困难,提出了复频超声加工钻,即在变幅杆和钻杆之间放置一个自由质量块,让超声电源发出的高频和自由质量块引起的低频共同振动完成切削的一种超声加工钻,以提高钻头输出端的冲击力和加工效率。为了研究球形自由质量块对复频加工效率的影响,设计了一种可以放置球形和柱形自由质量块的复频超声加工钻,计算了具有圆锥形过渡的阶梯形变幅杆的具体尺寸和相关参数。最后对这种复频超声加工钻进行了有限元分析,发现其振动频率在一定范围内随钻杆伸出变幅杆长度的增大而减小,且满足实验规定的频率范围。     

AZ91D压铸镁合金超声振动钻削实验

镁合金材料由于特殊的物理性能,传统的机械加工方法很难保证要求的精度和质量,具有一定的局限性。介绍了超声振动钻削镁合金材料的加工机理,通过改变切削速度、进给量、振幅等加工参数,对比分析了超声振动钻削与传统钻削加工工件的孔直线度、孔扩量、毛刺高度、粗糙度、切屑等试验结果,得出超声振动钻削具有较好的加工表面质量和加工效率,对研究镁合金的深加工具有重要的意义。     

带中心孔的复合超声变幅杆设计及性能分析

带中心孔的变幅杆可以实现旋转超声加工的中心供冷却液或气体,具有良好的冷却和排屑效果。针对单一形状变幅杆难以实现大振幅的超声振动,对带中心孔的复合超声变幅杆的设计原理和方法进行研究。根据任意截面杆的波动方程,得到带中心孔单一形状变幅杆的传输方程和传输矩阵,并通过对总体四端网络的传输方程和传输矩阵的运算,推导出带中心孔的圆锥过渡复合变幅杆的频率方程和放大倍数的一般公式。根据推导出的频率方程,设计出典型的复合变幅杆,并对所设计的变幅杆进行频率测试,测得的变幅杆频率与理论计算频率的误差在5%以内。研究带中心孔的圆锥过渡复合变幅杆各段长度及中心孔直径对变幅杆频率的影响规律,为复合变幅杆设计和调整提供了理论依据。     

微细孔超声振动钻削加工方法研究

为解决采用0.5mm直柄麻花钻钻削加工高压共轨喷油器控制阀微细孔时由于微细钻头刚性差,在钻削过程中易出现偏摆和断裂现象,导致控制阀微细孔加工精度难以保证和控制的问题,应用有限元分析的方法以及超声振动原理,开展超声振动钻削过程中钻削刃运动轨迹分析及轴向振动钻削过程的分析研究。通过0.5mm微细孔超声振动辅助钻削的仿真实验研究分析与验证,选取确定适合超声振动切削参数的超声振动钻削工艺方法,可以满足高压共轨喷油器控制阀微细孔尺寸加工精度高的要求。     

大截面超声珩磨圆锥形变幅杆设计

基于瑞利近似理论对大截面超声珩磨圆锥形变幅杆的纵向振动频率进行修正,给出了频率修正表达式。对一组超声珩磨圆锥形变幅杆进行理论计算和有限元模拟分析,结果与一维纵向振动理论值相比,频率修正值更接近于数值计算值。而当径长比R1/l>0.4时,模态振型伴随弯曲或扭转振动,此时瑞利近似理论已不再适用。与一维纵向振动理论相比,修正频率表达式适用范围更大,对大截面超声珩磨圆锥形变幅杆的工程应用具有一定的指导意义。