超声振动对皮质骨钻削温度的影响研究

为研究超声振动参数(振幅、频率)变化对钻削皮质骨切削温度的影响,运用有限元软件建立超声振动钻削的三维仿真模型,通过使用新鲜的猪股骨进行试验比较超声振动钻削与常规钻削皮质骨骨孔温度变化规律并对模型进行验证。结果表明:振动钻削能显著降低皮质骨钻孔的切削温度;该模型在一定程度上是可信的;研究范围内切削温度随振动频率、振幅增大而减小。     

刀具微织构形貌对骨切削温度的预报模型研究

仿生摩擦学的相关研究表明,高性能的表面微织构可以实现良好的减摩抗磨性能。利用ABAQUS软件对微织构刀具骨切削过程进行了二维有限元分析,针对刀具前刀面微织构的各种形貌变化进行仿真切削,对比分析骨切削过程中第三变形区的温度变化。仿真实验表明:刀具微织构的不同形貌与几何参数会引起骨切削中第三变形区温度的不同幅值的变化,切削温度随微织构间距与深度的增大而增大,随着宽度的增大而减小,并且受宽度的影响最大。     

超声振动辅助钻削皮质骨的表面质量研究

骨手术中较差的表面质量影响骨组织愈合,延缓康复时间。将超声振动与普通钻削相结合有助于改善骨手术中钻孔的表面质量。对新鲜的皮质骨进行超声振动辅助钻削试验,对比普通钻削分析其表面质量;并采用响应面优化法研究振幅、频率、主轴转速和进给速度等参数对表面粗糙度的影响。结果表明:在加载超声振动条件下可以获得更优的表面质量;同时合理选择振动参数和切削参数能有效改善钻孔表面粗糙度。     

深小孔超声振动钻削轴向力的仿真与实验研究

建立深小孔轴向振动钻削加工仿真分析模型,针对轴向力通过DEFORM-3D有限元软件进行了超声振动钻削与普通钻削仿真,对两组仿真结果进行分析比较,并在超声轴向振动钻削装置上对不锈钢板进行了深小孔振动钻削和普通钻削实验,利用压电传感器测量了振动钻削和普通钻削加工的轴向力。实验结果与仿真结果对比表明:仿真结果与实验结果偏差低于8%,超声振动钻削的平均轴向力小于普通钻削的平均轴向力,钻削过程平稳。     

二维超声振动车削6061铝合金圆筒表面粗糙度研究

目的 研究分析二维超声振动车削加工中切削参数和声学参数对6061铝合金圆筒表面粗糙度的影响。方法 结合二维超声振动特性,建立二维超声振动车削表面粗糙度理论模型,采用四因素四水平正交试验,获得二维超声振动车削6061铝合金圆筒过程中切削参数和声学参数对工件表面粗糙度的影响规律,选取其中4组进行二维超声振动车削与普通车削对比实验,并通过白光干涉仪和超景深显微镜对加工后的工件表面进行观测。结果 正交试验结果表明,切深对加工表面粗糙度的影响不明显,超声振幅、转速、进给量对加工表面粗糙度的影响程度分别为84.35%、11.36%、4.29%。超声和无超声对比实验表明,二维超声振动车削相较于普通车削能显著降低车削表面的粗糙度,最大下降率为47.65%,最小下降率为11.27%;相比于普通车削加工,二维超声振动车削表面具有均匀分布的鱼鳞状微织构。结论 加工参数对表面粗糙度影响的显著从高到低为超声振幅>转速>进给量>切深,最优加工参数为f_r=0.15 mm/r、n=400 r/min、A=2μm、a_p=0.2 mm。采用二维超声振动车削的加...     

医用TC4钛合金骨置换材料深孔钻削试验的研究

本文以医疗器械行业常用的钛合金骨置换材料TC4为研究对象,开展了有限元仿真分析以及切削试验研究。建立了钻削刀具的3D模型,通过有限元软件建立了钻削仿真模型,并模拟了钻削过程刀具的应力、应变云图,对刀具系统的模态参数及振型进行了分析。结果表明:刀片应力与应变集中在主切削刃部位,该位置最易发生崩缺;获取了钻削刀具固有频率与振型,当钻削系统外部激励频率与固有频率接近时,钻削系统易发生共振,实际切削时应尽量避开。通过开展不同切削条件下的切削试验与刀具磨损实验研究,结果表明:进给增大,切削力增大;转速增大,切削力减小;提高转速和增大进给都易引起堵屑;当进给量f=0.18 mm/r、切削液流量Q=250 L/min和转速n=80 r/min时,加工孔内壁加工质量高,排屑状况好,刀具磨损小。     

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和比较,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方法.     

枪钻低频轴向振动钻孔的有限元分析

为了使枪钻在加工过程中减小钻削力,运用有限元分析软件Deform-3D动态模拟出枪钻钻头低频轴向振动钻削过程。根据枪钻钻头轴向振动钻削的断屑经验公式确定切削参数;建立了加工过程的有限元模型,并动态模拟了轴向振动钻削加工过程和普通加工过程,结合这两种加工过程中刀具所受的轴向力和扭矩变化情况进行了分析;最后将两种加工情况进行对比。结果表明:振动钻削能够显著地降低钻削中产生的轴向力和扭矩,减小钻头的磨损,延长钻头的寿命。     

TC4钛合金钻削力和钻削温度仿真研究

为了提高TC4钛合金的可钻削性,采用有限元分析软件AdvantEdge建立TC4钛合金铣削加工有限元模型,分析工件和刀具上的温度分布规律,获得了钻削加工过程中钻削参数对钻削力和钻削温度的影响规律。结果表明：钻削TC4钛合金时最高温度出现在切屑上;钻削力随着主轴转速和进给量的增加而增大,随着钻头直径的增大而减小;钻削温度随着主轴转速、进给量和钻头直径的增加而增大。     

PCD刀具超声振动辅助切削TiCp/TC4材料表面缺陷

研究微观角度下PCD刀具超声振动辅助切削TiC_p/TC4时,超声振动对材料表面缺陷的影响。基于ABAQUS/Explicit有限元软件,建立PTMCs二维切削微观非均质模型,开展不同体积分数下的多颗粒切削仿真;并采用仿真和实验相结合的方法,分析切削速度对切削温度变化的影响规律,阐述TiC_p/TC4在切削过程中的颗粒受力破碎过程,讨论同体积分数的TiC_p/TC4切削表面缺陷的表现形式。结果表明：超声振动切削时,切削温度始终较低,TiC_p/TC4表面缺陷表现形式多为颗粒切断和颗粒突起;且超声振动能有效阻断颗粒与基体间的应力持续传递,使应力优先在颗粒间传递,减小了基体变形,促使颗粒破碎,提升材料表面加工质量,同时验证实验结果与仿真结果相符。     

GH4169高温合金轴向超声振动钻削加工实验研究

针对GH4169高温合金材料钻削加工困难、表面质量和加工精度要求高等难题,基于在普通车床上实现超声振动钻削加工的思想,设计了一套轴向超声振动钻削加工系统。利用该系统对GH4169高温合金材料做了轴向超声振动钻削与普通钻削的对比实验。结果表明:在不同的转速和振幅下,轴向超声振动钻削相对于同一实验条件下的普通钻削,可明显提高孔的加工质量,且在切屑形态和孔表面形貌等方面均有较大改善。     

钛合金轴向超声振动铣削切削力仿真研究

针对钛合金难加工问题,将超声振动引入到对钛合金的铣削加工中,实现刀具、工件周期性接触分离,从而降低切削力、改善加工质量。以TC4为研究对象,以切削力为研究切入点,通过ABAQUS建立三维铣削仿真模型。对比分析超声铣削和普通铣削在切削力曲线特征以及数值大小上的差别,并通过观察切屑特征分析切削力的波动及稳定性。结果表明:轴向振动铣削有利于降低铣削过程中的切削力,提高切削稳定性。     

薄壁盘类零件超声振动车削实验研究

薄壁盘是典型的弱刚度轻量化零件,其壁厚很薄(最薄处仅0.3 mm),型面面积较大,故刚性较差。在切削过程中,切削力导致的型面变形是薄壁盘类零件加工的主要难题,传统加工方法很难得到高精度和高质量的产品。利用超声振动切削技术尝试进行弱刚度薄壁盘加工,在自行搭建的实验平台上对超声振动车削和普通车削加工薄壁盘进行对比实验。结果表明:与普通车削相比,超声振动车削可显著减小切削力和切削变形,大幅提高加工质量,同时具有断屑特性,是加工薄壁盘类零件的有效方法。     

超声振动钻削减摩机制研究与试验分析

在振动钻削加工原理的基础上建立振动钻削过程中平均摩擦力的数学模型,分析动载荷对平均摩擦力的影响规律。在超声振动钻削试验装置上对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢进行了普通钻削和超声振动钻削试验,对比分析了孔壁表面粗糙度、钻头磨损形貌和切屑形状。结果表明:超声振动钻削能够减少平均摩擦力;通过观察加工后钻头与孔的表面形貌,超声振动钻削钻头磨损程度低,孔壁表面粗糙度值小,具有更好的断屑、排屑性能。     

金刚石钻磨头超声振动钻磨硬脆材料表面质量的试验研究

硬脆材料以其优良的性能在生产实践中得到了广泛应用，但其低塑性、易脆性及不导电性等使得加工十分困难，尤其是超精密表面制作更加困难。为此，本文将超声振动引入普通钻磨中，介绍了超声振动切削原理，通过超声与普通两种方式下的表面粗糙度试验和微观形貌观察得出以下结沦：1）不同加工参数时，超声振动钻磨时的工件表面粗糙度值均低于普通钻磨时的表面粗糙度值；2）随着进给量、工件转速和输入功率的增加，超声和普通钻磨时的表面粗糙度均呈上升趋势；3）普通钻磨加工后孔壁表面有宽度和间距不均匀的沟槽，并且沟槽较宽，而超声钻磨加工后表面沟槽（划痕）较浅且均匀。     

钛合金腹板高速超声椭圆振动铣削力研究

高速超声椭圆振动切削是使切削刀具刀尖附加椭圆振动进行的超声频断续切削,突破了超声振动加工对临界速度的限制。采用自行研制的螺纹式椭圆激励式超声振动铣削刀柄装置对钛合金腹板进行铣削试验,结果表明:随着高速超声椭圆振动切削的速度增大,切削力增幅明显,且相比于普通铣削所受到的切削力约少20%。     

GCr15轴套纵扭超声磨削表面形貌预测及试验研究

目的 构建纵扭超声磨削(LTUG)表面形貌预测模型,分析工艺条件和参数对表面粗糙度Ra值的影响,揭示GCr15轴套LTUG内圆表面形成机理。方法 基于弹性变形对LTUG单颗磨粒运动轨迹的影响,根据切削厚度概率密度函数和相邻磨粒轨迹重叠效应,建立了多磨粒超声振动作用下的最大未变形切削厚度模型,利用表面残余材料高度公式建立了GCr15轴套内圆磨削形貌预测模型,以LTUG和普通磨削(OG)方式对GCr15轴套内圆进行试验,采用正交试验验证表面形貌模型的准确性,观察并分析LTUG和OG作用后的GCr15轴套内圆表面形貌,最后利用所建立的表面形貌模型,研究磨削参数和超声振幅对表面Ra值的影响。结果 结果表明,基于所建立的表面形貌模型计算而得的表面Ra值与试验结果间的误差在13.2%以内,与OG相比,LTUG作用下的表面沟槽磨痕更均匀;LTUG作用下的表面轮廓呈现规律的周期性波动,且随振幅的增大,表面轮廓顶峰之间的间距逐渐增大;LTUG作用下的表面Ra值均低于OG,表面Ra值的降低幅度最大达到20%,随振动幅值的增大,表面Ra值逐渐减小,当振幅增大到一定程度时,表面Ra值呈现增大趋势。结论 建立的LTUG形貌预测模型具有良好的准确性,在合适的工艺参数下,LTUG可明显降低表面Ra值,与OG相比,在相同时间内,LTUG作用下的磨粒运动轨迹长度更长,且LTUG区域的弹性变形对磨粒运动轨迹和最大未变形切削厚度均有不同程度的影响。     

切向超声振动辅助磨削几何参数分析

根据超声振动辅助磨削运动简图,分析了平面磨削时砂轮对工件的相对运动关系.建立了单颗磨粒的切削模型,给出了单颗磨粒相对工件的运动方程和切削速度方程,进而推导了单颗磨粒在磨削区内的振动次数及其在磨削区内的运动路径总长度、净磨削路径总长度的计算公式.分析表明:切向超声振动辅助磨削可以得到更短的切屑,更长的切削路径长度.     

纵扭复合超声振动切割铝蜂窝芯表面质量研究

铝蜂窝芯因具有特殊的薄壁网格状结构，传统加工方式往往伴随着变形和毛刺，这是限制铝蜂窝材料应用的关键因素。超声振动加工在减少加工缺陷方面具有很大的潜力。建立有限元模型并进行切削模拟，同时进行铝蜂窝芯切削实验，对铝蜂窝芯在不同振幅和不同主轴转速下切割的表面形貌进行探究，并对不同振幅下圆刀片的磨损程度进行对比。结果表明：与普通切削相比，纵扭复合超声振动切削能够获得更好的表面形貌，更有效地降低切削缺陷数目；随着振幅的增大，切削缺陷数目得到减少，刀具磨损程度得到降低，切削表面的均匀一致性也变得更好，但施加的超声振幅过高也会导致胞壁产生分离；主轴转速增大能够很好地改善胞壁变形和胞壁分离现象。同时，在1 350～2 700 r/min之内存在一个最佳转速，使得切削缺陷数目可以达到最少。