芳纶纤维复合材料切削加工研究进展

随着芳纶纤维复合材料的应用日益广泛,不仅需要进行成形加工,还需要二次加工以保证后续精确配合、连接和装配的需要,这就对加工精度、效率和成本提出了相应要求。二次加工多用切削加工,易出现翻边、分层、拉毛、抽丝、烧焦等加工缺陷,限制了该材料的进一步应用。为拓展其用途,迫切需要全面展开芳纶纤维复合材料的二次加工技术研究。阐述了芳纶纤维复合材料的组成、结构、性能特点和应用领域,并以此为依据论证了芳纶纤维复合材料的切削性能,分析了加工缺陷产生的原因。综述了国内外芳纶纤维复合材料的二次加工现状,阐述了其加工机理和实验研究进展,包括芳纶纤维复合材料的典型加工工艺(如切削加工、铣磨、激光、超声、水射流等),以及对于切削力、表面质量、刀具磨损、切削变形、加工缺陷等方面的研究。切削加工是实现芳纶纤维复合材料二次加工的成熟、高效方法,迫切需要开展一系列切削机理和试验研究。     

超声振动辅助切削SiCp/Al复合材料的加工机理及试验

切削加工过程中材料损伤形式对加工表面质量会产生较大影响,现有仿真分析难以模拟真实颗粒失效行为,通过建立二维微观多相有限元模型能够深入了解材料损伤与表面质量的关系。基于常规切削（Conventional cutting,CC）与超声振动辅助切削（Ultrasonic vibration-assisted cutting,UVAC）两种加工方式,通过有限元仿真软件 Abaqus 对 20%SiCp / Al 复合材料的切削过程进行仿真模拟,阐释加工过程中刀具与工件的相互作用机理,并在同一参数下验证有限元仿真的准确性。通过设计单因素试验,对比两种加工方式及不同加工参数对切削力和表面粗糙度的影响规律,得出最佳加工参数组合,并对最佳加工参数下表面形貌进行分析。模拟和试验结果表明,SiC 颗粒断裂、颗粒耕犁、颗粒拔出以及 Al 基体撕裂是影响 SiCp / Al 复合材料加工质量的主要原因,刀具与颗粒不同的相对作用位置会产生不同的损伤形式。与常规切削相比,施加超声振动后可以有效抑制颗粒失效和基体损伤,使加工中的平均切削力（主切削力）降低 33%,工件已加工表面粗糙度值最大减小量为 531 nm,显著提高了表面质量。所建立的二维微观多相有限元模型,能够有效模拟铝基复合材料的加工缺陷和裂纹损伤问题, 对提高难加工材料的高质量表面制备有重要借鉴意义。     

超声振动辅助车削颗粒增强金属复合材料的温度实验研究

对超声切削颗粒增强金属基复合材料的温度进行了实验研究.采用自然热电偶法测量了整个切削过程的温度,发现超声切削温度曲线比普通切削的温度曲线更接近三角形分布的热源模型.采用T型热电偶测量出了超声切削温度的典型特征曲线,即波峰和波谷处均有5个大小基本相等的锯齿状微幅振动的峰值.还分别测量了普通和超声两种加工方式下的切削温度,发现普通车削的温度比超声车削的温度普遍高20℃以上,切削温度随切削速度、进给量和切削深度的增大而升高,但影响程度不同.     

超声辅助磨削SiCf/SiC陶瓷基复合材料

针对碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC)存在加工质量差、刀具磨损严重等问题,开展金刚石砂轮端面超声辅助磨削SiC_f/SiC复合材料试验,对比研究超声辅助磨削和普通磨削SiC_f/SiC过程中的磨削力、表面形貌及表面粗糙度,并分析其材料去除机理。结果表明:超声辅助磨削可有效降低磨削力;超声作用能促使SiC纤维断裂,形成较短纤维而被去除,减少了纤维的折断和剥落,提高了其表面加工质量;在纵向振动端面磨削条件下,超声振幅在一定范围内有助于改善其表面加工质量,振幅过大则会导致表面冲击作用过强而使其表面质量降低。      

振动辅助切削加工技术研究现状

随着精密与超精密加工技术的不断发展和成熟,将振动辅助切削技术应用到精密与超精密加工中去已成为发展的一个必然趋势。结合国内外研究人员的研究成果,介绍了超声振动辅助切削技术的基本原理,综述了超声振动辅助切削技术的优势以及研究现状。     

超声振动辅助加工表面微结构及其特性研究进展

针对超声振动复合加工方法种类繁多且表面微结构指征复杂等问题,阐述了表面微结构的内容和研究现状,论述了国内外超声切削、磨削、表面强化等方法的加工原理及超声振动加工表面微结构特性的试验研究方法,归纳了超声振动条件下表面粗糙度、表面微观形貌的建模方法及其特点,讨论了实验回归建模、数值解析建模和神经网络建模的研究进展,并预测了国内外超声振动表面加工的新技术领域和发展方向,对改善高性能难加工材料的表面微结构特性具有重要意义。     

超声振动辅助气体介质电火花加工机理研究

简述了超声振动辅助气体介质电火花加工原理，分析了超声振动辅助气体介质电火花加工电极材料抛出的物理过程，探讨了工件材料抛出机理以及气体介质、超声振动对材料蚀除的影响机理。     

超声加工技术研究进展

超声加工技术依靠瞬时高频振动撞击对工件断续加工,具有极强切削能力的同时,具有较小的宏观切削力,主要用于硬脆材料的精密加工,能提高加工精度和表面质量。首先,阐明了超声加工技术的基本原理及其基本应用范围。其次,综述了超声辅助切削加工技术的研究进展,着重论述了超声辅助铣削净切削时间模型的建立以及模型正确性验证,总结了加工参数对刀具运动轨迹、工件表面质量的影响,阐明了椭圆振动切削能有效抑制切削颤振带来不利影响的原因;探讨了超声辅助磨削技术在加工非金属和金属材料时,对表面质量以及工件表面温度分布的影响;综述了超声辅助钻削技术的切削力和进给速度与普通钻削参数的比较。再者,介绍了超声波加工技术的新发展方向,包括三维椭圆超声振动切削技术、超声ELID复合磨削技术、超声EDM复合加工技术、超声辅助抛光的工作原理及最新研究趋势和能实现的试验效果。最后,总结了目前对超声加工技术及超声辅助或复合技术的研究。     

超声振动切削技术研究应用概况与发展动向（上）

叙述了超声振动切削的加工机理，特点。介绍了国内外超声振动切削的应用及发展动向。     

超声振动车削的研究现状

对超声振动车削的特点进行详细的介绍.介绍了超声振动车削的分类方式:一维超声直线振动车削、二维超声椭圆振动车削和三维超声3D振动车削,同时论述了一维超声直线振动车削、二维超声椭圆振动车削和三维超声3D振动车削的切削原理、研究现状与应用.最后总结了超声振动车削现阶段所存在的问题并提出了今后的发展趋势.     

光纤阵列的超声椭圆振动辅助化学机械抛光

为了获得平整的光纤阵列端面,设计了一套超声椭圆振动辅助化学抛光系统,并进行常规化学机械抛光和超声椭圆振动辅助化学机械抛光的对照试验。结果表明,应用超声椭圆振动辅助化学机械抛光技术加工光纤阵列,选择合理的抛光工艺参数,可获得质量较好的光纤阵列端面,相比于常规化学机械抛光技术,光纤的表面粗糙度降低了25%。采用单因素试验法,分别研究了抛光粒子材料及抛光液酸碱性对于超声椭圆振动辅助化学机械抛光的作用效果,并利用Vecco表面轮廓仪对抛光后光纤阵列端面进行观察和分析。采用正交试验法获得了一组超声椭圆振动辅助化学机械抛光光纤阵列的优化工艺参数,最佳工艺参数组为:超声振动频率25 k Hz,抛光液流量35 m L/min,抛光压力50 k Pa,抛光盘转速20 r/min,抛光粒子质量分数0.5%。     

NdFeB薄片的超声辅助水基切割的材料去除机理研究

目的 通常采用金刚线切割工艺批量生产NdFeB薄片,其表面粗糙度及表面线痕问题十分严重,提出超声水基切割液的金刚线切割新方法,以消除NdFeB薄片切割中的线痕,降低其表面粗糙度,并对超声辅助条件下的材料去除机理进行研究。方法 通过白光干涉仪和光学显微镜对样品表面形貌进行观察,通过激光位移传感器检测并分析了金刚线在各处的横向位移,分析其对切割表面线痕形成的影响因素。通过线激光测量方法量取超声辅助和纯水切2种条件下的线弓偏移,并分析线弓的形成机理,研究材料去除形式、排屑润滑之间的关系。综合分析线弓形成机制、线痕形成机制及表面形貌形成机制,揭示材料的去除机理。结果 实验结果表明,在进给速度0.2 mm/min下,可将水切的表面粗糙度Ra控制在0.4μm以下,仅为油切的一半,而在超声辅助下的峰谷值(PV)仅为油切下的二分之一。在相同进给速度下超声辅助切割的线弓变形与水切的差值先增大后减小,在进给速度0.2 mm/min下达到0.5 mm。结论 水基切削液比油基切削液具有更好的排屑性能,能够有效降低切割表面的粗糙度,而在超声辅助下使金刚线在NdFeB表面进行微磨削,有效地消除了样品表面的线痕,超...     

考虑负载切换的超声加工振动建模与控制

通过建立换能器和负载的等效M-C-K数学模型,分析了负载对超声波换能器的动态影响,并在Matlab软件中建立换能器的传递函数与仿真模型。提出了PID和H∞振动控制算法,其是建立在Matlab的Simulink仿真。通过对比分析发现,PID和H∞算法可实现准确、快速的控制效果。最后,对理论和仿真计算进行了实验验证。     

纤维油石在超声波抛光中的应用

（树脂结合剂陶瓷）纤维油石是我们国家磨具的一个新品种,被广泛应用于超声波抛光中,它适合对硬质合金、钢模具进行地粗、半精磨削,尤其适用于磨削模具的边缘、曲面及圆弧面;选择纤维油石的尺寸和性能取决于工件的材质、磨削效率、工件的表面粗糙度、磨料粒度和磨削液的品种等。     

超声振动辅助铣削加工实验研究

通过实验研究了超声振动辅助铣削加工参数和振动参数对切削力与表面粗糙度的影响。在工件上施加沿进给方向的高频率、小振幅的超声振动。通过切削轨迹研究了超声振动切削的瞬时切削厚度,进而分析了切削力。以主轴转速、每齿进给量和振幅为参数,设计了一系列超声振动辅助铣削加工实验,并利用方差分析方法研究了各参数对切削力影响的显著性。研究结果表明:与未施加超声振动相比,施加超声振动后的切削力明显降低;超声振动铣削加工时对切削力的影响程度由大到小依次为振幅、主轴转速、每齿进给量;在特定的参数下,表面粗糙度也有所改善;表面形貌在同一振幅、不同进给量下存在明显差异。     

工作液超声振动辅助电火花小孔加工装置设计与试验

电火花加工小孔存在电蚀产物排出效率低导致加工效率低、电蚀产物排除导致二次放电现象影响加工精度等问题,而超声振动在工作液中产生空化效应和泵吸作用,能大幅提高电火花的排屑和消电离能力,进而在很大程度上减少上述问题的发生。设计一套工作液超声振动辅助电火花小孔加工装置,主要包括主轴系统、微三维运动平台、超声振动工作液槽和数据采集系统,其中主轴系统包括NSK电主轴、引电结构、工具电极装夹结构,可以实现工具电极的高速旋转;基于LabVIEW开发了电火花小孔加工控制系统,主要包括初始化模块、粗定位模块、恒电压对刀模块、实时电压分段控制加工模块和实时显示模块。开展了工作液超声振动辅助电火花小孔加工试验研究,试验结果表明：随电火花加工电压的增加,工件材料去除率和电极损耗率都趋于增大。     

超声振动辅助混粉电火花表面强化试验研究

通过对超声振动辅助混粉电火花表面进行的强化试验,分析脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲峰值电流、混粉浓度和超声振动振幅等因素对强化层形成的影响规律,并对强化层性能进行研究.结果表明,超声振动辅助混粉电火花表面强化形成的强化层在硬度和耐磨性等方面得到明显提高,强化层厚度可达10 μm左右,可有效提高强化处理表面的性能和使用寿命.     

超声振动复合研磨K9光学玻璃工艺研究

目的探究超声振动复合研磨对光学玻璃研磨可行性,通过响应面法寻求超声振动研磨最优的工艺参数组合。方法在传统研磨装置基础上,添加超声振动装置、蠕动泵、旋转工作台构成超声振动复合研磨装置。添加轴向超声高频振动提高研磨效率,添加旋转工作台提高研磨均匀性,添加蠕动泵便于循环和更新研磨液。利用响应面法优化超声振动复合研磨加工中的主轴转速、振动频率、加工间隙三个变量参数,并进行实验研究,可得出两两变量关联度,从而得出研磨中影响最大的因素。结果通过响应面优化后得到超声振动复合研磨最佳工艺参数为主轴转速1000 r/min、加工间隙0.4 mm、振动频率12 kHz,主轴转速和间隙参数对工件表面研磨加工的影响较大。经25 min研磨,无超声振动的传统研磨方法使表面粗糙度值Ra从0.3μm下降到0.1μm;增加超声振动复合研磨使表面粗糙度值Ra从0.3μm下降到0.04μm。结论经超声振动复合研磨后,光学玻璃表面存在的凹坑、凸起均得到了有效去除,表面粗糙度值下降快,表面形貌均匀、平整。