超声内圆磨削系统新型振子的仿真和实验研究

基于超声振动内圆磨削系统中由超声换能器、变幅杆及工具构成的振子在设计制造中出现的问题,提出了一种新型整体式振子设计方法.使用有限元分析软件对该新型振子模型进行了模态、谐响应仿真分析研究,并通过阻抗分析仪和激光多普勒测振仪对加工的振子样件进行了测试实验,验证了有限元仿真结果的正确性和新型整体式振子设计方法的可行性.     

基于有限元的新型超声内圆磨削系统特性研究

基于有限元分析方法,对新型超声内圆磨削系统的振子、主轴部件等效模型进行整体特性分析研究,根据套筒长度、套筒壁厚对超声内圆磨削系统主轴振动模态的影响规律,提出了应用旋转式非接触电信号传输装置的新型超声振动内圆磨削系统的设计方法。使用激光多普勒测振仪对振子、主轴部件及超声内圆磨削系统样机进行了特性实验研究,验证了新型超声内圆磨削样机和理论设计方案的一致性。     

超声振动磨削CFRP温度场的有限元仿真

超声振动磨削时的高温易导致碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的热损伤,为了分析超声振动磨削CFRP过程中的温度问题,借助有限元的方法对声振动磨削CFRP温度场进行了仿真。首先利用半人工热电偶在线测量了磨削温度,通过试验与仿真相结合的方法研究了传入0、45°、90°和135°纤维取向的单向CFRP中的热分配比。随后,根据超声振动磨削各单向CFRP的热分配比,建立了超声振动磨削多向CFRP磨削温度场仿真模型。最后,通过超声振动磨削试验对有限元模型的有效性进行了验证。     

超声磨削陶瓷表面刀痕系统振子的仿真及试验研究

针对平面陶瓷在普通机械磨削加工过程中产生的刀痕技术问题,提出了一种超声辅助磨削去除陶瓷表面刀痕的加工方法.通过COMSOL Multiphysics对超声振子进行了模态仿真,利用阻抗分析仪对超声振子性能进行了阻抗参数测试,利用激光测振仪测试了不同电参数条件下磨削工具头端面位置的振幅,以及同一横截面的振幅稳定性能;在不同...     

非对称结构单激励超声椭圆振动车削系统振子研究

采用在变幅杆上开槽的方式设计了一种非对称结构单激励超声椭圆振动车削系统振子,利用有限元分析软件ANSYS对该振子进行了结构动力学分析,并对其样机进行了阻抗测试和动态特性测试,验证了其单激励超声椭圆振动效果和车削系统设计方案的可行性.     

单晶硅二维超声振动辅助磨削技术的实现

基于超声振动磨削能有效提高加工效率及加工表面质量的特性,通过设计具有伸缩和弯曲两种模态的压电陶瓷椭圆振子,实现了单晶硅二维椭圆振动磨削技术。对超声振子的振动特性进行检测,证实改变压电陶瓷两电极之间的交流信号相位差和电压幅值,可得到不同形状和振幅的椭圆振动。对单晶硅进行超声磨削与普通磨削的对比试验,结果表明二维振动磨削的磨削力大幅降低,表面粗糙度显著减小,表面质量明显提高,加工表面延性域去除比例增加。从而证实二维超声振动磨削方法能够实现高效率高质量单晶硅加工。     

配重结构对于改善直线超声电机性能的效果评价

基于兰杰文型振子的设计原理,研究了一种空心菱形结构的振子,在该振子的两侧加入了方形质量块,构成了直线超声电机的振子,并将新结构和原平板型结构进行了输出特性对比.有限元仿真结果显示新结构振子驱动面上沿驱动方向的振动幅度有所增加,通过振子激光测试验证了新结构的效用.     

旋转超声磨边机床设计与实验研究

为探究旋转超声磨边在瓷砖加工中的应用,使用ANSYS软件对旋转超声磨边机床的超声振子进行模态分析,发现谐振时工具头把纵向振动分解为纵向和径向振动.搭建了旋转超声磨边机床,包括旋转超声磨边主轴和四轴运动测试平台.并且使用机床研究了有无超声情况下主轴转速和进给速度对轴向磨削力的影响.结果表明:在瓷砖磨边过程中,低主轴转速下添加超声振动可减小轴向磨削力;不同进给速度下,旋转超声磨边的轴向磨削力比传统磨边小.     

超声振动塑料焊接机振子的有限元分析

介绍了超声振动塑料焊接机结构,对其振子进行了有限元建模。从模态分析、谐响应分析、瞬态分析三个方面对超声振动塑料焊接机振子进行了动力学分析,为振子的制造与改进提供参考。     

充液对压电振子超声振动频率的影响研究

振子在不同边界条件下模态将有较大的变化,利用ANSYS有限元模拟,对空心振子充液前后进行了对比模拟,并进行了振子的实际测试实验,探究了充液对空心振子超声振动模态频率的影响。有限元模拟分析及振子实际测试表明,空心振子在充液后,同阶振动频率将会降低,并且频率降低的幅度随着所充液体密度的增大而增大;对空心振子纵弯模态频率在充液前后的不同变化情况进行了研究与比较,对比发现,充液条件对于弯曲模态频率的影响大于对拉伸模态的影响;充液压电振子的幅频特性曲线呈非线性,软特性。为超声压电振子的模态频率微调提供了理论与实验依据。     

超声辅助加工中磨削热模型的建立与验证

对超声振动辅助磨削碳纤维复合材料过程中产生的磨削热进行研究。在特定的条件下,建立了相应的磨削热传递模型并对此模型进行了有限元仿真;在相同的条件下,通过工件上布置的光纤光栅传感器测量超声振动辅助磨削碳纤维复合材料在实际加工中产生的磨削温度。对比仿真与实验结果,验证了磨削热传递模型的正确性。结果表明:磨削热传递模型可以很好地预测磨削过程中热量的传递状态,为后续优化实验参数、提高工件表面质量提供了理论依据,具有较高的实用价值。     

超声振动平面磨削的表面残余应力数值模拟

应用Deform-3D有限元软件进行具有负前角磨削刃的单颗磨粒磨削加工过程仿真,并设计制造了旋转轴向超声振动平面磨削实验装置进行工艺实验,分别得到45钢在不同磨削工况下的磨削表面残余应力仿真值和实验值,通过对比分析,发现两者的相对误差在2.47%~16.93%之间,从而验证了所建磨削表面残余应力有限元模型的正确性。仿真结果表明:普通磨削和超声磨削在工件表面均产生残余压应力,且轴向残余压应力显著大于磨削方向残余压应力;表面残余压应力随着振幅、磨削深度、磨粒负前角和振动频率的增加而增加,随着砂轮线速度的增加而减小。     

辐射场型压电振子的谐振特性研究

介绍了一种新型的辐射式场压电薄膜.采用有限元软件ANSYS建立辐射场螺旋电极振子有限元模型,仿真压电振子的横向振动响应.通过分析振子的谐振响应,获得了螺旋型电极参数对压电振子谐振频率的影响规律.利用阻抗分析仪对辐射场型螺旋电极压电振子的谐振频率进行了实验测试,并与仿真结果进行了对比,两者基本吻合,验证了有限元模型的可靠性.此外,研究结果表明,采用直径较大的PZT,可以明显减低振子的谐振频率,且在相同的激励下,获得的应变较小.     

基于有限元的超声振动内圆磨削系统的主轴设计与研究

基于有限元分析方法，对由振子（超声换能器、变幅杆和工具）和主轴套筒构成的超声振动内圆磨头的主轴部件进行了结构分析研究，揭示了套筒结构和振子结构对主轴振动模态的影响，特别是对振子输出振动和套简振动的影响规律。基于上述分析提出了主轴的优化结构。     

基于PZFlex的超声滚压振子仿真分析

研究一种用于超声滚压的夹心式压电超声振子,应用一维纵振波动方程,对其进行结构参数计算。基于理论计算结果,使用有限元软件PZFlex基于时域/瞬态分析方法对其进行谐响应分析及谐振频率下的端面位移振动情况分析,且根据仿真结果,设计并制造了相应的压电超声振子,并采用频率特性分析仪测量得到其实际谐振频率,采用多普勒测振仪测量得到其端面位移振动情况,结果仿真结果与实际测量值符合较好。     

硅片边缘超声振动抛光实验装置的研究

研制一种新型硅片边缘超声振动抛光装置,利用抛光振子超声振动所产生的能量对硅片边缘倒角斜面进行抛光加工,以达到提高硅片边缘表面质量的目的。抛光振子的工作面与硅片一侧的整个倒角斜面完全接触,并且能够实现不同工艺条件下的抛光实验。实验装置由抛光振子、振子的固定装夹装置、硅片的定位安装装置以及抛光压力和抛光液供给系统组成。抛光振子由超声电机的振子改造而成,根据硅片尺寸及硅片边缘倒角斜面的角度确定抛光振子工作面的角度,利用ANSYS软件对振子进行有限元分析,并对加工后振子进行了实际测试。该实验装置能够实现硅片与抛光振子之间无宏观相对转动的实验,又能对抛光时间、抛光转速、抛光压力,抛光液流量等工艺参数进行控制,进而研究不同参数对抛光实验的影响。     

一种超声振动辅助粉末去除装置振子的有限元分析

基于压电陶瓷的逆压电效应,设计了一种超声振动辅助粉末去除装置,用于去除挂钩表面粘附的粉末。使用有限元分析软件ANSYS对超声振动系统中的振子进行了结构动力学模态分析、谐响应分析和瞬态分析,得出了振子的振动模态、谐振频率、幅频曲线、导纳曲线、导纳圆和瞬态振动曲线及相关数据,对后期该振子的制作以及超声振动辅助粉末去除装置的实现起到了重要的理论指导作用。     

用于振动输送的一种压电环形振子

基于环形振子面内弯曲振动模态,提出将行波直线超声电机的长环型振子用于小块体物料的振动输送技术,研制出一种具有宽输送面的不对称压电输送振子,并对该振子进行了振动测试和实物输送实验研究。     

基于超声振动的硬脆性材料磨削加工入孔崩边研究

针对陶瓷等硬脆材料磨削加工中出现的崩边问题,对氧化锆陶瓷孔加工过程中出现的入孔崩边情况进行了研究。使用有限元软件ABAQUS,对超声振动辅助磨削氧化锆陶瓷孔加工进行了仿真,建立了氧化锆陶瓷JH2本构模型;研究了入孔崩边的形成机理,结合有限元仿真结果,设计了超声振动辅助磨削氧化锆陶瓷孔加工实验;通过建立入孔崩边的评价指标,分析了主轴转速、进给速度和超声功率对入孔崩边的影响规律,并对仿真结果进行了验证。研究结果表明:和实验相比,仿真得出的崩边面积平均误差在10%以内;随着主轴转速和超声功率的增加,入孔崩边情况得到明显的改善,在100%超声功率条件下崩边面积减少了38%以上,随着进给速度的增加入孔崩边面积明显增大。     

超声振动螺线磨削表面微观形貌建模与仿真研究

为了实现高效率、高质量、低损伤的硬脆材料加工,对工件或砂轮同时施加砂轮轴向和径向的超声振动,该方法的显著特点是磨粒切削轨迹呈三维空间螺旋线型,将其定义为超声振动螺线磨削方法。在磨削工艺和二维超声振动的多参数共同作用下,材料去除机理产生复杂变化,表面微观形貌创出过程变得极其复杂。为此,提出一种超声振动螺线磨削加工表面数值仿真方法。基于超声振动螺线磨削几何映射关系,建立磨粒相对工件的空间螺旋线切削运动模型,进而给出超声振动螺线磨削加工表面生成模型,模拟出普通磨削和超声振动磨削的三维表面微观形貌,对比分析了超声振动对表面形成过程的影响规律。最后将仿真表面与磨削试验表面对比,发现两者微观形貌特征规律基本一致,验证了仿真方法的正确性和有效性。