基于灰色关联分析方法和熵权法的纵扭超声振动螺旋磨削制孔工艺参数优化

为优化纵扭超声振动辅助螺旋磨削制孔工艺参数和提高加工性能,以氧化锆陶瓷为研究对象,选取螺距、螺旋进给速度、主轴转速和超声振幅为工艺参数,设计了四因素三水平正交试验,并测量其磨削力、孔壁表面粗糙度和孔底表面粗糙度;借助灰色关联分析方法和熵权法得到最优工艺参数为螺距3.5μm,螺旋进给速度875mm/min,主轴转速20000r/min,超声振幅6μm;螺距、超声振幅、主轴转速、螺旋进给速度对灰色关联度的影响程度依次降低。建立了灰色关联度、目标参数与工艺参数的经验预测模型,得到最优工艺参数为螺距3.0μm,螺旋进给速度875mm/min,主轴转速22000r/min,超声振幅6μm;孔壁和孔底的表面粗糙度分别为0.12789μm和0.38137μm,磨削力为9.482N,且关联度略优于正交试验最大关联度。     

超声纵扭辅助铣削高强铝合金表面润湿性能研究

针对超声辅助加工在工件表面形成微刻划表面可以提高高强铝合金表面的微结构性能的现象,进行了单激励旋转超声纵扭复合铣削表面微观结构的试验,基于水接触角理论和纵扭铣削运动学理论分析了加工参数对水接触角的影响;搭建了单激励超声纵扭铣削试验平台,采用正交试验法研究了不同加工参数对表面粗糙度、铣削力以及表面润湿性能的影响。结果表明：超声振幅为4μm时表面质量最佳,切削速度和进给量与表面粗糙度和水接触角呈正相关的关系;超声加工方式下的表面水接触角较普通方式更大,而在超声加工时低振幅加工比高振幅加工的表面水接触角大,当转速达到一定值时,高振幅和低振幅所加工的表面水接触角差别不大。合适的加工参数条件下超声纵扭加工方式可以降低加工表面的粗糙度,改变表面的润湿性。     

基于ANSYS设计的旋转超声加工振动装置与试验

旋转超声加工是加工陶瓷等硬脆材料的有效方式。参数化设计了旋转超声加工振动装置模型(包括夹心式压电换能器、变幅杆和工具头),运用ANSYS压电分析模块对旋转超声振动装置进行模态分析与谐响应分析。结果表明:当频率为19.8 kHz时,变幅杆小端面输出振幅最大约为19.6μm,符合旋转超声加工的要求。构建了旋转超声加工振动系统,以陶瓷材料为试验对象,进行机械磨削与旋转超声加工对比试验,加工完成后得到了加工深度与表面粗糙度参数,表明采用旋转超声加工可以得到更理想的表面粗糙度和更高的材料去除率。     

轴向超声辅助端面磨削金属表面形貌及粗糙度预测

轴向超声辅助端面磨削被广泛应用于难加工材料加工,而磨削后的表面粗糙度对构件摩擦、疲劳等服役性能有重要影响。超声振幅的大小对轴向超声辅助端面磨削金属表面形貌和粗糙度有较大影响,但是现有模型中并未考虑实际加载对振幅的影响,因此提出了一种考虑加载状态下振幅变化的轴向超声辅助端面磨削金属表面形貌及粗糙度预测方法。根据砂轮粒度及尺寸建立了考虑磨粒随机分布的砂轮端面模型,并对轴向超声辅助端面磨削磨粒的三维磨削轨迹进行了数学描述,生成了加工后的表面三维数据矩阵并对表面粗糙数值进行了计算。在此基础上,研究了粗糙度随振幅的变化规律,提出了振幅衰减形貌映射系数这一概念,并给出了其标定方法。通过振幅衰减形貌映射系数近似计算出加载状态下的振幅并代入到所建立的轴向超声辅助端面磨削表面形貌及粗糙度预测模型中,实现了金属表面形貌模拟及粗糙度预测。最后,通过试验对所建模型的正确性进行了验证。     

WC-10Co4Cr涂层高速磨削表面粗糙度预测研究

为了优选WC-10Co4Cr高速磨削参数,实现高精度加工,满足实际生产的迫切需求,研究了一种基于响应曲面法的表面粗糙度预测方法。从高速磨削工艺系统特点出发,给出面向固定工艺系统的WC-10Co4Cr高速磨削表面粗糙度预测原理。结合正交试验数据,建立表面粗糙度预测模型。运用方差分析方法,检验预测模型的拟合度。以活塞杆再制造过程中的磨削加工为例,应用上述预测模型和BP神经网络分别进行了表面粗糙度预测,并同实际加工结果进行比较。结果表明,研究的表面粗糙度预测结果与实际加工结果之间相差0.02μm,BP神经网络预测结果与实际加工结果之间相差0.04μm,证明所提出的表面粗糙度预测方法是有效的,更加满足了实际生产的需求,为WC-10Co4Cr高速磨削参数优化、高精度加工提供了技术支持。     

微磨料气射流成形加工表面粗糙度的研究

通过微磨料气射流成形加工玻璃试验,研究了工艺参数及其交互作用对加工表面粗糙度的影响,建立了表面粗糙度的回归模型。结果表明,气压对表面粗糙度的影响最显著,其次是靶距和喷嘴横移速度的交互作用、气压和靶距的交互作用以及靶距,而气压和喷嘴横移速度的交互作用、喷嘴横移速度对表面粗糙度的影响相对较小。表面粗糙度随着气压的增加而增大,随着靶距和喷嘴横移速度的增加先减小后增大。选用中低气压和较大靶距的组合有利于降低表面粗糙度。方差分析和残差检验的结果表明回归模型可以有效地预测表面粗糙度。     

基于响应曲面法的超声挤压工艺参数优化

以提高轴类零件超声挤压表面质量为目标,采用单因素试验和响应曲面法对工艺参数进行优化设计。分析了工艺参数对45钢轴零件表面粗糙度的作用规律和影响程度,结果表明,表面粗糙度随着主轴转速、进给速度、静挤压量、振幅的增加呈现先降低后增加的趋势。同时对所建立的响应曲面模型进行了显著性检验和工艺参数优化,分析可知,振幅对表面粗糙度的影响最大,优化后得到最优工艺参数组合如下：主轴转速n为217.48 r/min,进给速度f为0.031 mm/r,静挤压量P为101.013μm,振幅A为8.192μm。试验验证预测值误差小于5%,因此建立的响应面优化模型精度较高,可实现工艺参数优化,并为实际加工及超声设备研制改进提供理论依据。     

磨料水射流切割石材加工表面质量的试验研究

文中对高压磨料水射流切割石材的加工表面质量进行了试验研究,分析了水射流压力、靶距、切割速度和磨料流量对加工表面质量的影响。结果表明:当水射流压力增大时,光滑区切割深度增大,而表面粗糙度先减小后增大;当靶距增加时,表面粗糙度增大,而切割光滑区切割深度减小;当切割速度增加时,表面粗糙度增大,而光滑区切割深度迅速减小;当磨料流量增加时,表面粗糙度减小,而切割表面的光滑区深度先增大后减小。     

AZ31B镁合金功率超声珩磨空化试验研究

空化效应是功率超声珩磨中最常见的现象,为探究空化对被加工材料性能的影响,对表面抛光后的AZ31B镁合金进行超声振动空化实验,采用正交试验研究了超声振幅、与工件距离、超声时间对试件硬度和表面粗糙度的影响,并对试件进行金相组织分析。结果表明:空化可以造成材料表面形貌的改变,并对材料的硬度和表面质量产生变化。影响材料硬度的主要因素依次是超声时间、与工件距离、超声振幅,空化可以将工件硬度提升1. 5-3倍左右,最优参数组合为超声振幅75%、与工件距离1. 0mm、超声时间20min;粗糙度的主要影响因素是与工件距离、超声时间和超声振幅,在超声时间20min、与工件距离2mm、超声振幅50%条件下,试件表面粗糙度Rq值最小,表面质量最好。在硬度最高的试验组条件下,表面晶粒尺寸由15μm减小到2μm左右。因此,超声空化在一定的控制条件下,能明显改善工件的硬度和表面质量,工件硬度的改变与超声空化导致晶粒细化现象有关,试验分析结果对材料改性有现实借鉴意义。     

基于超声振动磨削与抛光技术的SiC反射镜加工工艺研究

针对航天用Si C反射镜在加工过程中的低加工效率、表面质量差等难题,在半精磨阶段采用超声振动磨削技术对其进行加工试验以研究其去除机理及存在的缺陷。为进一步解决超声振动磨削Si C反射镜存在的缺陷,在精加工阶段对其进行了抛光试验。通过采用正交试验的方法对影响Si C表面粗糙度的各工艺参数进行抛光试验设计及分析得到抛光压力、抛光盘转速、抛光液磨粒粒度及抛光时间对表面粗糙度的影响规律及其最优参数组合。研究结果表明在抛光压力40 k Pa,抛光盘转速400 r/min,抛光液磨粒粒度0.5μm,抛光时间2 h的最佳工艺参数下可获得表面粗糙度为21nm的加工表面。     

基于RSM的SiC单晶片表面粗糙度预测及参数优化

通过响应面分析法(RSM)对超声振动辅助金刚石线锯切割SiC单晶体的工艺参数进行分析和优化。采用中心组合设计实验,考察线锯速度、工件进给速度、工件转速和超声波振幅这4个因素对SiC单晶片表面粗糙度值的影响,建立了SiC单晶片表面粗糙度的响应模型,进行响应面分析,采用满意度函数(DFM)确定了切割SiC单晶体的最佳工艺参数,验证试验表明该模型能实现相应的硬脆材料切割过程的表面粗糙度预测。     

天然金刚石振动与气体保护切削黑色金属技术研究

对天然金刚石切削黑色金属的磨损机理进行了分析 ,提出了天然金刚石超声振动结合气体保护方法对黑色金属材料进行微量切削的新思路 ,并进行了不锈钢零件的切削实验。实验表明 ,当切削路程达到 2 0 0 0m时 ,工件表面粗糙度Ra小于 0 .15 μm ,后刀面磨损带宽小于 5 μm。     

超声振动辅助磨削-脉冲放电加工表面粗糙度研究

通过多因素方差分析法分析了超声振动辅助磨削一脉冲放电复合加工参数（脉冲宽度、脉冲间隔、参考电压、超声振幅）对加工表面粗糙度的影响程度,建立了表面粗糙度的二次模型,并用响应曲面法预测一定切削参数范围内任意切削条件下的表面粗糙度值,方差分析结果和响应曲面法预测结果基本一致。研究结果对实际生产过程中加工参数的优化具有一定的指导作用。     

Effects of process parameters on surface roughness in abrasive waterjet cutting of aluminium

Abrasive waterjet cutting is a novel machining process capable of processing wide range of hard-to-cut materials. Surface roughness of machined parts is one of the major machining characteristics that play an important role in determining the quality of engineering components. This paper shows the influence of process parameters on surface roughness (R_a) which is an important cutting performance measure in abrasive waterjet cutting of aluminium. Taguchi’s design of experiments was carried out in order to collect surface roughness values. Experiments were conducted in varying water pressure, nozzle traverse speed, abrasive mass flow rate and standoff distance for cutting aluminium using abrasive waterjet cutting process. The effects of these parameters on surface roughness have been studied based on the experimental results.     

超声波振动精密切削GFRP的实验研究

为改善玻璃纤维增强塑料(Glass Fibre Reinforced Plastics)的切削加工性,提高加工精度和质量,采用超声波振动切削的方式对GFRP进行了精密切削加工.介绍了超声波振动切削的特性和GFRP的纤维束与切削速度方向的相位参数,相位参数沿圆周方向成周期性变化,变化周期为π.通过实验获得了不同切削条件下表面粗糙度的变化规律,粗糙度随相位角变化基本呈正弦规律,但在45°时粗糙度最大.振幅增大导致粗糙度明显下降.切削速度对粗糙度的变化曲线呈极值状态,在速度为100 m/min时粗糙度最小.进给量小于0.06 mm时,粗糙度呈下降趋势;大于0.06 mm时,粗糙度增加较快;而大于0.09 mm后粗糙度上升趋缓.切削深度对粗糙度的影响呈单调上升趋势.实验结果表明超声波振动切削可以使GFRP的加工表面粗糙度减少1倍,使加工质量得以提高.     

Enhancement of surface roughness in electrochemical machining of Ti6Al4V by pulsating electrolyte

Electrochemical machining (ECM) is widely used in machining a variety of components used in aerospace, defence, automotive and medical applications. The surface roughness of the ECM process has become important because of increased quality demands. Considerable attention has been paid to achieving low surface roughness in ECM. Surface roughness is closely related to the distribution of gases and Joule heat produced during the ECM process, which affect the electrolyte electric conductivity and directly determine the surface roughness. In this report, a pulsating electrolyte, which is one of the unsteady flows that are characterized by periodic fluctuations of the mass flow rate and pressure, is first introduced to the ECM process. The ECM process is affected by the pulsating electrolyte because it can modify the heat transfer. The goal of this report is to present experimental results of the surface roughness obtained on Ti6Al4V samples using a developed pulsating electrolyte supply system in ECM. It is observed that a lower surface roughness and higher material removal rate could be obtained by using a pulsating electrolyte with proper pulsating frequency and amplitude. In direct current ECM, the surface roughness Ra is 5.7 μm, the material removal rate is 0.85 g/min at a constant electrolyte, the lowest surface roughness is 3.69 μm and the largest material removal rate is 0.92 g/min, which are obtained at a pulsating frequency of 10 Hz and amplitude of 0.2 MPa. In pulsed current ECM, the surface roughness Ra and material removal rate are 0.67 μm and 0.38 g/min at a constant electrolyte, respectively, and both the minimum surface roughness Ra of 0.53 μm and maximum material removal rate of 0.39 g/min are observed when the proper pulsating electrolyte flow frequency and amplitude are used.     

蜂窝材料超声波切割声学系统研究

根据超声波加工原理,设计了一种新型Nomex蜂窝材料数控超声波切割主轴。采用四端网格法对变幅杆进行了有限元分析和位移节点修正。建立了超声波切割声学系统有限元模型,并进行了模态分析。从振型图可以看出变幅杆法兰盘处位移变化较小,输出端振幅较大。利用激光位移传感器测量了刀具的振动位移,圆形刀振幅a=22.37μm,满足加工要求。利用超声波切割主轴对Nomex蜂窝材料进行了大量切割实验,取得了加工表面平整光滑、加工精度高、切削过程中没有粉尘污染等显著效果。