纵扭复合超声振动铣削K9玻璃表面质量的研究

K9玻璃由于具有优异的性能,在航空航天、汽车、光学精密仪器、电子信息等现代高科技领域得到了广泛应用,但其在塑性和硬度之间差距巨大,使得传统机械加工容易出现亚表面损伤等现象,表面质量难以满足要求。建立超声铣削动力学模型,采用多因素法检测并分析了不同主轴转速、铣削速度和铣削深度时纵扭复合超声铣削与普通铣削加工K9玻璃表面粗糙度与表面形貌,得到了影响加工表面质量的规律及机制。研究发现：主轴转速为3 000 r/min、铣削深度为02 mm时,表面质量最好;K9玻璃的表面质量随铣削速度的加快而下降。采用纵扭复合超声振动铣削提高了K9玻璃的表面质量和加工效率,并为K9玻璃纵扭超声铣削加工提供了优化的工艺参数。     

超声纵-扭复合铣削钛合金刀具磨损特性研究

目的采用超声纵-扭复合振动加工方法,获得较长的刀具使用寿命。方法采用理论建模与不同铣削振动方式,研究刀具磨损特性。通过超景深电子显微镜和粗糙度测试仪,分别对刀具微观形貌、工件表面粗糙度进行了分析;通过不同铣削方式加工钛合金材料,对刀具磨损特性进行了系统分析。结果与普通铣削和超声纵振铣削相比,超声纵-扭铣削方式下,刀具后刀面磨损减小,工件表面粗糙度降低。经测试,当去除面积为6356mm~2时,超声纵-扭复合加工刀具后刀面磨损量VB为103μm,分别比普通和超声纵振加工时降低了38μm和36μm。当去除面积为4530 mm~2时,Ra为1.2μm,普通铣削和超声纵振铣削的Ra则分别为1.62μm和1.38μm。由于超声纵振加工仅仅是在轴向方向实现了分离,后刀面时刻冲击着已加工表面,当去除面积为6356 mm~2时,刀具后刀面磨损量反有超出普通铣削的趋势。结论超声纵-扭复合加工从旋转方向内实现了刀-屑分离,在铣削过程中,极大地减少了刀具后刀面对已加工表面的冲击,从而使得刀具寿命有所延长,为高效加工、难加工材料提供了一种加工方法。     

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。     

纵扭复合超声椭圆振动振子的设计与实验研究

基于纵振波动方程和扭振波动方程设计一种纵振振子和一种扭振振子,利用有限元分析方法 (FEM),提出一种对纵振振子和扭振振子结构振动曲线进行简并设计新型纵扭复合超声椭圆振动振子的方法,对简并的超声椭圆振动振子进行了结构动力学仿真分析,并对纵扭复合超声椭圆振动振子样机进行阻抗特性和振动特性实验研究。结构动力学仿真、样机阻抗特性和振动特性实验得到的参数和曲线对纵扭复合超声椭圆振动振子的制造、装配、电路阻抗匹配和生产应用具有一定指导意义和参考价值。     

纵扭复合超声螺旋铣孔系统的设计与试验

鉴于碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的高铁构件上安装孔的制造质量差和加工效率低等问题,提出一种纵扭复合超声螺旋铣孔的加工工艺;基于运动合成原理,获得了刀尖点与端刃的空间运动轨迹,分析了纵扭复合超声螺旋铣削的椭圆振动加工特点;基于传输矩阵法及螺旋槽模态转换原理,推导了带刀具悬链过渡复合变幅杆的频率方程,实现了超声加工系统的纵扭复合振动,其间利用Ansys软件对设计的超声加工系统进行有限元计算,获得了不同结构参数对加工系统频率及扭纵振幅比的影响规律;对研制的超声加工系统进行切削性能测试,获得了较好的加工效果。     

纵-扭复合振动超声深滚加工表面强化研究

目的基于纵-扭复合振动超声加工和超声深滚加工提出了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺,研究各深滚工艺参数对工件表面强度的影响,以验证二维超声振动加工技术在表面强化技术领域的应用效果。方法采用单因素试验法对6061-T651铝合金轴件分别进行纵-扭复合振动超声深滚与常规深滚加工试验,然后用MH-5数显硬度计测试每组参数下的表面显微硬度,研究静压力、工件转速和进给量对工件表面显微硬度的影响,并将两种试验结果进行对比。结果在设定工艺参数内,纵-扭复合振动超声深滚工艺所获得的表面显微硬度均高于同等加工条件下常规深滚工艺。纵-扭复合振动超声深滚加工时,表面显微硬度随静压力和工件转速的增大先增大后减小,随进给量的增大先减小后增大再减小;常规深滚加工时,表面显微硬度与静压力近似呈线性关系,且随工件转速的增大先增大后减小,随进给量的增大一直减小。结论纵-扭复合振动超声深滚加工工艺能更有效地实现6061-T651铝合金的表面强化处理。     

钛合金Ti-6Al-4V纵扭超声铣削残余应力试验研究

目的 提出将纵扭超声振动和铣削加工相复合,对钛合金Ti-6Al-4V进行试验研究,探索工艺参数对加工残余应力的影响规律,实现钛合金的压应力抗疲劳制造。方法 通过试验对比分析了纵扭超声铣削和传统铣削在切削力、切削温度和残余应力的差异性。采用正交试验和单因素试验相结合的方法,同时考虑因素交互作用,研究了加工参数、冷却润滑条件以及刀具磨损对加工残余应力的影响。结果 相较于传统铣削,纵扭超声铣削能够使平均切削力降低约16.3%,切削温度降低约25.6%,表面残余压应力值增加31.3%。在所选参数范围内,径向切深对表面残余应力的影响较大（贡献率为34.1%）,而振幅影响较小（贡献率为6.5%）。表面残余压应力值随着铣削速度、每齿进给量以及径向切深的增大有不同程度的降低,随着振幅的增大有一定程度的提高。采用乳化液作为切削液能够提高加工表面的残余压应力值,而干式切削能够获得和在水、油切削液条件下相当的加工表面残余压应力值。工件表面的残余压应力值随着刀具磨损的增加而逐渐减小。结论 纵扭超声铣削能够有效降低切削力和切削温度,提高加工残余压应力值,同时选择适当的工艺参数及润滑冷却条件可进一步增大表面压应力值,可作为一种可靠的压应力制造技术。     

SiCp/Al复合材料高速切削去除机理及表面质量研究

目的 探究高速加工下SiC_p/2024Al复合材料切屑形成机理及加工表面质量情况,为改善该材料加工性能提供理论依据。方法 设计高速正交铣削实验,对SiC_p/2024Al复合材料进行不同切削速度下的高速加工,并通过对切屑形态、切削力、切削能耗、加工表面形貌及加工硬化情况进行分析,探明高速加工下材料去除机理及加工表面质量变化。结果 在较低速度下复合材料的切屑形成过程为第一变形区的剪切变形和SiC颗粒破碎,切屑形态为锯齿状;切削速度在300～800 m/min时,随着速度的提高复合材料切屑连续性下降,切削速度在1 000 m/min时,复合材料韧脆性能发生转变,切屑呈现崩碎状;切削力在切削速度300～1 000 m/min时,随速度提高明显减小,主切削力由300 m/min时的320 N左右下降至1 000 m/min时的180 N左右,切削能耗显著降低;失效的SiC颗粒破坏加工表面质量,而高速加工对表面质量有一定改善,切削速度由300 m/min提高到1 000 m/min时,表面粗糙度由0.68μm下降至0.47μm,加工硬化深度也随切削速度提...     

6061-T6铝合金纵-扭复合振动超声深滚加工试验研究

基于纵-扭复合振动超声加工和超声深滚加工提出了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺。采用普通深滚与纵-扭复合振动超声深滚2种加工方法对供应态6061-T6铝合金轴件进行表面强化处理,研究深滚工艺参数对加工表面质量的影响。结果表明:引入纵-扭复合振动后,超声深滚工艺参数对表面质量的影响规律与普通深滚不同,且在相同的工艺参数下,超声深滚所获得的表面粗糙度Ra值要小于普通深滚,最高降低约50%,而表面显微硬度和硬化率则有大幅提高,硬化率最高约为普通深滚的3倍,经纵-扭复合振动超声深滚处理后的表面更光滑,从而证明了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺能更有效地实现6061-T6铝合金的强化处理。     

SiCp/Al复合材料超声振动研磨工艺研究

针对SiCp/Al材料传统研磨方法加工困难,研磨工具磨损快,加工后难以获得高质量表面等问题,采用超声振动研磨加工方法可以显著改善其加工效果。通过对单磨粒的超声振动轨迹进行分析,得出其运动轨迹为空间椭圆形,可实现磨粒与工件间歇性的接触加工;采用树脂结合剂金刚石磨头对SiC体积分数为40%的SiCp/Al材料进行超声振动研磨加工试验,在不同的主轴转速n、进给速度v和研磨深度a_p以及磨料粒度d下,利用单因素试验法对工件进行研磨,检测加工后工件表面粗糙度,得出各工艺参数对工件表面粗糙度S_a值的影响规律。结果表明:超声振动研磨后的工件表面粗糙度S_a值相较于普通研磨后的79 nm下降为45 nm;超声振动研磨后工件表面粗糙度随n的增大先减小后增大,转速为1 800 r/min时,粗糙度值最小;工件表面粗糙度随v和a_p的增大而增大,随着d的减小而减小。并得出试验参数内的最优参数组合为:n=1 800 r/min,v=5 mm/min,a_p=1 μm,d=4.5 μm。      

活化剂对自浸渗法制备SiCp／Al复合材料的影响

研究了以K2TiF6为助渗剂,Mg及La2O3为活化剂,在大气条件下无压力自浸渗制备颗粒增强铝基复合材料的新方法。结果表明,加入活化剂阻止了复合材料中脆性相Al3Ti,Al4C3的产生。此方法对改善自浸渗法制备SiCp/Al复合材料的组织与性能起到关键的作用。     

热处理及致密度对高体积分数SiCp/Al复合材料性能的影响

研究了致密度及不同热处理状态对SiCp／A1复合材料的抗弯强度和热膨胀系数的影响。结果表明，致密度对材料的抗弯强度的影响很大，当致密度为94％N98，5％时，强度分别为321及389MPa，相差约70MPa。热处理对复合材料的抗弯强度及热膨胀系数有较大的影响，T6态时的强度达到410MPa，但热膨胀系数减小：而原始态、时效态和退火态的抗弯强度依次降低，热膨胀系数依次升高（在400℃以下）。     

无压浸渗高含量SiCp/Al复合材料的组织及压缩力学性能

采用无压浸渗工艺制备出了SiC体积含量达65%的SiCp/Al复合材料,其颗粒分布均匀,试样的致密度较好。动态压缩力学试验表明高含量SiCp/Al复合材料在高应变率下具有明显的应变率效应,其压缩力学行为具有明显的颗粒尺寸依赖效应,在不同应变率下均发现,含较小碳化硅颗粒的复合材料具有较大的屈服应力及流动应力。     

超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究

目的 研究切屑形成机理对加工过程的影响。方法 超声振动辅助车削技术通过刀具振动的拟间歇切削特征控制切屑尺寸和切屑形态,从而提高了加工表面质量。针对SiCp/Al复合材料的切屑形成机理,探究常规车削和超声振动辅助车削的切屑形成过程。研究了颗粒分布对第一变形区变形阶段的影响,以及不同加工方式下切削参数对切屑形态的影响。最后,描述了切屑自由表面和刀-屑接触界面的颗粒损伤形式,以直观地描述常规车削与超声振动辅助车削SiCp/Al复合材料加工中切屑的形成过程。结果 通过测试加工后工件表面形貌发现超声振动辅助车削的切屑更加连续、切屑尺寸较小的加工表面粗糙度更小,常规车削的表面粗糙度为0.805μm,超声振动辅助车削的表面粗糙度为0.404μm,超声振动辅助车削比常规车削的表面粗糙度降低了49.8%。结论 与常规车削相比,超声振动辅助车削有利于减小切屑厚度。超声振动辅助车削得到的切屑更加连续,避免了切屑碎裂,促进了切屑的顺利排出。通过对切屑形态进行研究,选择最优切削参数可以有效提高工件表面质量。     

SiCp/Al复合材料反射镜坯表面镀镍层的结合分析

SiCp/Al复合材料具有质量轻、导热性能好、高强度、高比模量、热膨胀系数低、耐磨损等优点,在空间轻型反射镜领域有良好的应用前景.在SiCp/Al复合材料表面化学镀镍可以改善其抛光性能.本研究采用实验和分子模拟方法探讨了镀层与SiCp/Al复合材料表面的结合机制.采用扫描电子显微镜观察镀层的表观形貌,结果表明,镀层均匀致密;采用划痕实验测试镀层的结合强度,其临界载荷Lc大于100N.同时,采用分子动力学模拟的方法从理论上分析镀层与基体的结合状态,并计算出二者的结合能为108.4 KJ·mol-1.     

SiCp/Al复合材料热膨胀系数的研究

研究了预热处理、颗粒尺寸、体积分数及基体种类对ＳｉＣｐ／Ａｌ系画材料在２５～１５０℃之间热膨胀系数（ＣＴＥ）的影响。发现退火态的ＣＴＥ较高，而Ｔ６态和预循环态的ＣＴＥ较低。较高的颗粒体积分类、较小的颗粒尺寸以及较硬的对降低复合材料的ＣＴＥ有利。研究还表明，在温度反复循环时热膨胀系数会发生变化，在最初几个循环中，升温段的热膨胀系数逐渐减小，而降温段的热系数却增大，即加热和冷却过程中的变化不可逆，说明     

无压渗透法制备SiCp／Al复合材料

无压渗透法（PLI）是制备SiCp/Al复合材料的新方法,具有工艺简单,成本低廉的特点。介绍了用该方法制备SiCp/Al复合材料的工艺过程,并分析了影响Al对SiCp的润湿、渗透的各种因素及其作用机理。     

基于综合评价的SiCp/Al磨削表面质量试验

目的 针对高体积分数SiCp/Al加工表面缺陷复杂多样,提出其表面质量综合评价方法,研究磨削参数对SiCp/Al磨削表面质量的耦合影响规律,优化加工工艺.方法 基于SiCp/Al磨削加工表面缺陷,提出粗糙度综合指标SR为主、表面形貌为辅的表面质量综合评价方法,采用全因子试验方法分析低、高进给速度工况下主轴转速和磨削深度...     

Machining Characteristics in Cryogenic Grinding of SiCp/Al Composites

In this study, liquid nitrogen was applied to grind SiCp/Al composites with high volume fraction and large SiC particle at different levels of cutting conditions, and the effects of grinding depth and speed on grinding force, surface morphology, and surface roughness were investigated. At the same time, the effect of cryogenic cooling was also compared with that of conventional wet grinding. The experimental results indicated that cryogenic cooling is effective in enhancing supporting function of Al matrix to the SiC particles and improving surface quality. Additionally, the brittle fracture of SiC particles was suppressed and some ductile streaks on SiC particle could be observed.