高能聚焦超声波清洗声学系统的有限元分析

鉴于高能聚焦超声波清洗机声学系统的复杂性,利用传统的解析法对其进行动态分析有一定的困难,利用有限元方法对其进行分析.借助有限元分析软件ANSYS对便携式超声波清洗机的声学系统进行了模态分析及谐响应分析,从理论上验证了声学系统的动态特性.     

基于ANSYS超声波车辅助齿振动系统的设计与研究

超声波辅助珩齿振动系统设计是一项关键技术.是由变幅杆和齿轮组成的复合振动系统.由于齿轮负载对振动系统谐振频率的巨大影响、齿轮连接时的局部共振、齿轮弯曲振动的复杂性等诸多因素,仅仅依靠理论分析进行振动系统的设计变得相当困难.因此,采用解析法设计变幅杆、根据给定的齿轮参数、利用有限元分析的方法、调整变幅杆尺寸,最终确定振动系统的结构设计参数.     

基于ANSYS超声波辅助珩齿振动系统的设计与研究

超声波辅助珩齿振动系统设计是一项关键技术.是由变幅杆和齿轮组成的复合振动系统.由于齿轮负载对振动系统谐振频率的巨大影响、齿轮连接时的局部共振、齿轮弯曲振动的复杂性等诸多因素,仅仅依靠理论分析进行振动系统的设计变得相当困难.因此,采用解析法设计变幅杆、根据给定的齿轮参数、利用有限元分析的方法、调整变幅杆尺寸,最终确定振动系统的结构设计参数.     

具有复合型工具的超声加工声学系统设计北大核心

针对传统加工硬脆材料和复合材料时,会产生加工难度高、加工效率低、加工质量差等问题,对旋转超声加工技术加工硬脆材料和复合材料时采用的具有复合型工具的旋转超声加工声学系统进行了研究。阐述了旋转超声加工的工作机理;运用Pro/E软件对新型旋转超声加工声学系统进行了结构设计;选定夹心式压电换能器,根据四端网络法、放大系数方程和频率方程设计出了1/4波长的新型复合变幅杆,依据等效质量法设计出了新型电镀金刚石复合刀具;利用ANSYS Workbench软件对新型复合变幅杆和新型复合刀具进行了模态分析,得出了模型最优解;通过硬脆材料实验对该超声加工的声学系统进行了验证。研究结果表明:变幅杆和刀具在频率20k Hz左右时振幅达到最大,是理想振型;该声学系统的设计可以满足加工硬脆材料和复合材料的要求。     

超声波变幅杆的参量计算

对不同形状的超声变幅杆的主要参量进行了计算和分析比较,得到在相同面积系数下,阶梯形变幅杆的放大系数最大,而圆锥形变幅杆的形状因素最大,为变幅杆种类的选择提出了有效方案。     

刀具尺寸对超声切割系统振动性能影响的研究

根据蜂窝结构板发泡胶的特性,确定了低温条件下超声切割的切割方案。设计了30 kHz超声变幅杆并使用Ansys进行模态分析,验证了变幅杆的振动性能。以刀尖角与刃角为变量,设计了9组不同尺寸的直刃尖刀。采用仿真与实验相结合的方法,研究了不同尺寸的刀具对变幅杆与刀具组合体的共振频率、振幅放大系数、刀尖温度的影响,对切割发泡胶的刀具的选择和优化具有指导意义。     

超声振动切割细胞系统的设计

根据细胞微切割实验对超声振动切割系统的要求,对夹心式超声换能器和超声变幅杆组成的振动系统进行了设计,超声换能器采用夹心式压电换能器,变幅杆是一种将等截面圆柱形阶梯变幅杆的一端替换成圆锥形变幅杆构成的新型复合圆锥阶梯形变幅杆,设计了超声换能器和变幅杆的基本结构,并给出其制造尺寸.     

超声波直线电机振子两端支持系统的设计及研究

阐述了超声波直线电机振动子两端支持系统的结构及特点,进行了超声波振子系统稳定性试验研究,结果发现当支持系统的频率与振动子的振动频率相一致时,在静态下两端支持系统很牢固地支持振动子,在振动时几乎对振动系统没有干扰.     

超声波加工中变幅杆的设计方法分析

变幅杆是超声加工振动系统中的一个重要组成部件。利用ANSYS软件对圆柱圆锥复合型变幅杆进行了模型建立、单元选择和网格划分,并通过谐响应分析得出变幅杆输出端面产生的位移响应。分析可知有限元法能有效提高所设计的变幅杆的整体性和适应性。     

带线夹变幅杆系统的动态特性分析

建立了IC引线键合机的带线夹变幅杆系统的运动微分方程,以及带线夹和不带线夹变幅杆系统的有限元仿真模型,并对仿真模型进行了动态特征参数分析比较,同时,通过试验模态测试结果分析,仿真结果与试验结果相吻合,验证了建立带线夹变幅杆系统的有限元建模是合理的.     

刀具负载对蜂窝复合材料超声切割声学系统阻抗特性的影响

针对刀具负载对蜂窝复合材料超声切割声学系统的影响,利用四端网络法,将压电换能器与变幅杆结合在一起,提出了声学系统的整体设计方程,得出了负载与声学系统阻抗特性的关系式。利用有限元软件对声学系统进行模态分析及谐响应分析,并利用阻抗分析仪和激光位移传感器对声学系统的阻抗﹑谐振频率和输出振幅进行检测。仿真和实验结果表明：随着刀具负载的增大,声学系统的阻抗值增大,谐振频率减小,但仿真与实验得出的输出振幅与理论分析不同,这是由于刀具的放大作用造成的。研究结果对声学系统的设计及实际应用有指导意义。     

Nomex蜂窝芯直刃尖刀超声切割表面微观形貌特征

Nomex蜂窝芯是典型的难加工材料,具有高比强度,比刚度及各向异性的特点。超声辅助切割是蜂窝芯复合材料的一种高效加工方法,可以得到比高速铣削更好的加工质量。但是在超声切割加工过程中依然会存在不同程度的纤维拔出,酚醛清漆层剥落等加工缺陷特征。为了研究其微观形貌特征,采用纵切,斜切,横切三种方式切割蜂窝芯,并对蜂窝芯的加工形貌进行观测。根据微观形貌在蜂窝芯壁上的位置,分别归纳为酚醛清漆层、热压芳纶纸层和蜂窝壁的形貌。研究超声刀具加工参数对材料破损形貌特征的影响。结果表明在10 μm到30 μm范围内提高超声刀具振幅,在500 mm/min到3 500 mm/min范围内降低进给时会降低蜂窝芯加工过程中的酚醛清漆层剥落的几率。     

基于断裂力学的Nomex蜂窝复合材料超声切割机理研究

Nomex蜂窝复合材料的超声切割技术克服了传统高速铣削中存在的工件固持困难、加工粉尘大等问题。基于断裂力学研究Nomex蜂窝复合材料的超声切割机理,为超声切割工艺参数优化以及超声波声学主轴的优化设计提供理论依据。根据直刃刀超声切割Nomex蜂窝复合材料加工工艺,建立直刃刀的运动学方程,分析得到超声切割断续加工过程中直刃刀与材料相互作用时间关系;应用断裂力学理论,引入动态应力强度因子建立蜂窝复合材料的断裂韧性模型,研究超声切割作用下蜂窝复合材料的微观断裂过程,根据直刃刀位移和裂纹扩展的关系模型,分析切削力的影响因素,并进行仿真研究。研制了超声切割工艺试验台,对蜂窝复合材料进行了有超声和无超声切割加工的对比试验,试验结果显示超声切割显著地减小了切削力,也证实了冲击产生的微裂纹扩展是蜂窝复合材料在直刃刀超声切割作用下,切割力减小的主要原因。理论分析和试验研究表明基于断裂力学的Nomex蜂窝复合材料超声切割机理研究具有有效性和合理性。     

蜂窝复合材料超声辅助切割工具设计

在蜂窝复合材料超声辅助切割系统设计中,针对大变幅系数超声变幅杆的设计及其与加工工具配合的问题,基于“代替法”,结合有限元评估技术,建立了超声变幅杆和加工刀具的连接结构设计方法。首先,基于超声辅助加工原理,设计了具有大变幅能力的阶梯-悬链型复合变幅杆。然后,基于“代替法”,研究变幅杆长度减小对变幅杆声学性能的影响规律。进而,基于有限元仿真技术,研究装配后声学系统的声学性能。最后,采用设计的超声辅助切割系统对蜂窝材料进行切割加工实验研究,发现切割面无毛刺,加工过程无粉尘产生,从而验证了设计的超声辅助切割声学系统的有效性。     

超声波加工技术的应用研究

本文介绍了超声波加工设备的核心部分——超声振动系统的基本原理,对超声波加工技术的应用现状进行了分析,着重论述了超声振动加工和超声复合加工技术在难加工材料等领域中的应用。     

直刃尖刀超声辅助切割Nomex蜂窝芯切削力分析

以直刃尖刀超声辅助切割Nomex蜂窝芯的简化模型为基础,建立基于脆性断裂力学理论的超声辅助切削动态力模型,并分情况讨论了刀具与材料间的相对运动关系。分析指出在不同振幅条件下,材料的切割破坏存在断续和连续两种形式,进而推导了切割过程中的切削力的理论公式。其中超声振幅、刀具前倾角、进给速度和超声频率等参数对材料切削力大小均有影响。在理论分析的基础上,开展了超声辅助切割Nomex蜂窝芯复合材料实验。试验结果表明,进给方向的超声振幅和刀具前倾角对切削力的影响较大：当进给方向的超声振幅从0到15 μm变化、刀具前倾角从15°到45°变化时,切削力均可降低70%~80%;进给速度和超声频率对于切削力影响较小：当进给速度从500到6000 mm/min变化12倍时,切削力仅变为1.5倍;超声频率35 kHz与15 kHz相比,切削力降低10%~30%。试验结果与理论分析结论一致。     

超声铣削刀具几何参数对声学系统稳定性影响的实验研究

为了解决复合材料不易加工的难题,在保证加工质量的同时,提高刀具耐用度和加工效率,对一种超声铣削复合材料的新方法进行了实验研究,研究了刀杆的长度和直径、刀杆端部铣削平台和开槽对声学系统谐振频率、反谐振频率、振幅等的影响规律.结果表明,刀具几何参数的变化对声学系统的稳定性具有重要影响.     

数控车床加工过程中的刀具声发射试验研究

利用SWAES声发射检测仪提取数控加工过程中金属切削声发射信号,对信号进行频谱分析,找出主要频段,并利用金属切削过程中的声发射模型及试验数据,对影响声发射信号的因素进行分析,指出进给速度和主轴转速对声发射信号影响较大.     

工件超声振动电火花线切割复合加工试验研究

借助ANSYS软件对变幅杆、夹具和工件进行整体的动力学研究,设计了一套超声振动电火花线切割复合加工装置。在相同加工参数下,分别采用工件超声振动电火花线切割复合加工和传统的电火花线切割加工对45钢进行切割试验。试验结果表明:与传统的电火花线切割加工相比,超声振动电火花线切割复合加工的效率提高了约15%,表面粗糙度减小了约10%。     

陶瓷基复合材料旋转超声加工特性研究

针对陶瓷基复合材料加工方法的优势和不足,采用旋转超声加工方法对陶瓷基复合材料进行加工,完成旋转超声加工方法与传统加工方法的对比试验。试验表明,钻削力随着主轴转速的增加而减小,随进给速度的增加而增加;扭矩随着主轴钻速的增加而减小,随进给速度的增加而增加;工件表面粗糙度随着主轴转速和进给速度的增加先降低后增加。超声加工方法获得的钻削力、扭矩和表面粗糙度均优于传统加工方法。