超声振动辅助磨削3Cr13不锈钢孔表面粗糙度研究

使用立方氮化硼铣磨头对3Cr13马氏体不锈钢孔进行超声振动辅助磨削试验,探索超声振动作用对不锈钢孔磨削表面粗糙度的影响规律,并运用三维视频显微镜观测不锈钢孔的表面形貌,分析加工过程中单颗磨粒的运动轨迹及加工表面粗糙度的影响因素。结果表明:超声振动辅助磨削时,在不锈钢孔表面形成的沟槽为相互交错的正弦曲线;当其他加工参数保持不变时,超声振动辅助磨削的单颗磨粒未变形最大切屑厚度比普通磨削的小,超声振动辅助磨削3Cr13不锈钢孔的表面粗糙度值小于普通磨削时的孔表面粗糙度值。     

碳纤维复合材料旋转超声椭圆振动套磨制孔技术研究

针对航空航天领域中碳纤维复合材料在制孔过程中易出现分层、毛刺和刀具磨损快等问题,提出了一种新型旋转超声椭圆振动套磨制孔技术。分析了旋转超声椭圆振动套磨制孔机理,研制出了小型化旋转超声椭圆振动套磨制孔系统,并进行了碳纤维复合材料(CFRP)套磨制孔实验。结果表明:相比于普通套磨,超声椭圆振动套磨极大改善了切屑粉尘和料芯的排出,延长了刀具使用寿命;明显降低了钻削力和扭矩分别约25%和30%;有效降低了复材孔分层和毛刺的制孔缺陷,改善了孔表面粗糙度和平整性,提高了加工质量。     

钛基复合材料内孔电解铣磨精加工试验研究

钛基复合材料由于存在增强相，故为典型的难加工材料。针对（TiC+TiB）/TC4钛基复合材料内孔开展了电解铣磨精加工试验，结果表明：在电解铣磨精加工0.2 mm后，孔侧壁表面能观察到明显的金属光泽和磨削痕迹，侧壁面的表面粗糙度由Ra14.851 5μm降低至孔口区域Ra0.441 3μm、孔中间区域Ra0.617 6μm。     

高效精密电解铣磨加工Al-SiC铝基复合材料的流场仿真与试验

提出Al-SiC铝基复合材料的电解铣磨加工方式,以直径10 mm、切深15 mm的工具阴极基体设计3种排数的出液孔,通过流场仿真建模及计算,优选出流速分布最均匀的工具阴极基体,并在基体表面进行电镀金刚石处理。在电解铣磨加工试验时,首先对工件进行高效粗加工,随后进行精密加工。结果表明:加工所得的工件沟槽侧壁平整度平均改善了0.56 mm,沟槽侧壁粗糙度值从Ra3.660μm降为Ra1.933μm,材料去除率达到255.9 mm3/min。     

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。     

超声辅助内圆磨削不锈钢研究

针对航空发动机燃油喷嘴用材料3Cr13不锈钢进行超声辅助内圆磨削试验,并对超声辅助内圆磨削不锈钢的表面形成机理进行了初步的分析。在此基础上,研究了超声作用、主轴转速和磨粒粒度尺寸对孔表面粗糙度的影响规律。结果表明:超声振动有助于降低不锈钢孔的加工表面粗糙度,但超声作用效果随着主轴转速的提高而减弱;不锈钢孔表面粗糙度值随着主轴转速的提高而下降;使用小粒度尺寸磨粒进行超声辅助内圆磨削不锈钢时,能明显降低加工表面粗糙度。     

超声研磨Al2O3陶瓷材料的表面粗糙度特征研究

通过对Al2O3陶瓷工件的普通及超声研磨实验，分析了超声研磨加工中各个加工参数和陶瓷工件表面粗糙度的相互关系，得出径向超声振动研磨达到最佳表面粗糙度的工件转速为120～260r／min；径向超声振动研磨要得到最佳表面的研磨压力在450N左右，过大或过小均可引起表面粗糙度恶化。在相同转速和相同压力下，超声研磨工件的表面粗糙度较普通研磨工件的小；当转速较小时，W5与W20研磨的表面粗糙度变化不大，随着转速升高，粗糙度先变小后变大，在n=250n/min左右Ra值最小。研究结论为高效研磨Al2O3陶瓷提供了依据。     

氮化硅陶瓷超声辅助铣磨中的温度变化

为探究氮化硅陶瓷超声辅助铣磨加工中铣磨温度的变化,以提高陶瓷加工质量,降低其热损伤,用FLIR SC325红外热像仪为测量工具,以单因素实验法研究主轴转速、进给速度、切削深度和超声振动作用对铣磨温度的影响。结果显示:主轴转速升高,铣磨最高温度逐渐降低;在相同的切削长度下,进给速度加快,加工时间缩短,最高温度稍有降低;切削深度对铣磨最高温度的影响呈现阶段性;在无冷却液干磨的条件下,超声铣磨的最高温度稍高于普通铣磨的最高温度。      

45钢超声振动钻削加工机理及其试验研究

通过超声振动加工技术对45钢进行钻削加工试验,研究超声振动加工技术的钻削机理、加工孔的表面微观形貌、切屑形态,以及超声振幅和主轴转速对加工孔表面粗糙度的影响规律。结果表明:在普通车床CA6140上利用超声振动发生器、换能器、变幅杆连接钻头对45钢进行钻削,可实现传统钻削加工与超声振动钻削加工的良好结合,有效改善孔内表面的形貌,降低表面粗糙度值,且切屑形态规整;同时,超声振幅控制在20μm最佳,主轴转速在320~400 r/min范围内的加工效果较好。     

高强钢大直径内螺纹超声滚压强化技术

为改善高强钢内螺纹的表面质量,提升螺纹的疲劳寿命和可靠性能,将超声滚压强化技术应用于高强钢大直径内螺纹。采用光学显微镜、显微硬度仪、应力测试仪和疲劳试验机等仪器对滚压前后的螺纹试件表面的显微形貌、粗糙度、硬度、残余应力和疲劳寿命等进行分析。结果表明:超声滚压后螺纹表面残留的加工痕迹可基本消除,牙底表面粗糙度较未滚压降低约50%,较普通滚压降低约30%;超声滚压后表面硬度较未滚压提升17%,而较普通滚压提升约14%;超声滚压后表面残余压应力较未滚压提升60%,而较普通滚压提升约50%。超声滚压后工件疲劳寿命可达到未强化工件疲劳寿命的5倍以上。综上所述,超声滚压强化对于高强钢大直径内螺纹表面质量具有良好的提升效果。     

轴向超声振动车削316L不锈钢试验研究

对316L不锈钢进行轴向超声振动车削和普通车削单因素对比试验,研究超声振幅和加工工艺参数（切削速度、进给量）对切削力和表面粗糙度的影响规律。试验结果表明：轴向超声振动车削能够有效降低切削力、表面粗糙度和表面轮廓高度;与普通车削相比,采用轴向超声振动车削加工方式,超声振幅越小,表面粗糙度的改善效果越明显;当进给量由5 μm/r增加到25 μm/r,轴向超声振动车削的主切削力降低了17%~21%,表面粗糙度降低了21%~28%;随着切削速度的增大,轴向超声振动车削的表面粗糙度和切削力先下降后上升,存在最佳切削速度范围,表面粗糙度最多可降低29.9%,切削力最多可降低30.1%。     

超声振动辅助电解磨削Hastelloy X内孔表面粗糙度规律预测分析

通过单因素试验并结合响应曲面分析法,重点分析超声振动辅助电解磨削Hastelloy X内孔加工中主轴转速、超声振幅及磨头目数对孔内壁表面粗糙度的影响规律.结果表明:在选取的优化工艺参数范围内,超声振幅对超声辅助电解磨削表面粗糙度的影响最大,磨头目数次之,主轴转速最小.通过参数优化,在主轴转速10836 r/min、磨头...     

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。     

超声振动辅助铣削金属玻璃的试验研究

金属玻璃具有优良的力学、物理和化学性能而广泛的应用于航空航天和医疗等高端领域,但其高硬度、低弹性模量等特性导致该材料的切削加工难度较大。为此通过超声振动辅助加工方法对Vit1块金属玻璃进行铣削试验,用三因素四水平正交实验方法对切削力、表面粗糙度和刀具磨进行研究。试验结果表明,相比普通铣削方法超声振动铣削进给方向铣削力平均降幅为23%,轴向抗力降低平均为31%;表面粗糙度平均降幅约15%;刀具磨损显著下降。试验证明超声振动加工能有效地解决金属玻璃的切削加工难题,同时试验也为非晶态合金的加工机理研究提供一定的借鉴。     

刀具类型对CFRP制孔缺陷及孔壁质量的影响研究

使用不同类型刀具对碳纤维复合材料(CFRP)制孔过程中的缺陷和孔壁质量进行研究,设计了单因子实验,通过选取制孔刀具传统麻花钻、螺旋铣刀、台阶钻、烛心钻,对CFRP进行了切削制孔实验,利用超景深电子显微镜观测加工缺陷,使用表面粗糙度测量仪测量孔壁粗糙度。结果表明,与传统麻花钻制孔相比,采用螺旋铣工艺、台阶钻或烛心钻制孔能够减小孔口处的分层缺陷,有效提高孔表面质量。     

超声振动辅助ELID磨削淬硬12Cr2Ni4A合金钢表面特性的研究

目的 提高淬硬12Cr2Ni4A钢的加工质量,消除工件表面残余应力.方法 采用普通磨削(OG)、超声振动辅助磨削(UVAG)以及超声振动辅助ELID磨削(UVAEG)3种磨削方式,分别对淬硬12Cr2Ni4A合金钢进行加工,分析3种加工方式下被加工工件的表面粗糙度以及残余应力.结果 在超声振动辅助磨削、超声振动辅助ELID磨削下,工件表面粗糙度都低于普通加工,而超声振动辅助ELID磨削后的工件表面质量最高,相对普通磨削加工,超声振动辅助ELID磨削后的表面粗糙度降低了66％,相对于超声振动辅助磨削,超声振动辅助ELID磨削后,表面粗糙度降低了约41％.对工件表面进行残余应力测定发现,普通磨削加工后工件表面为残余拉应力,而超声振动辅助磨削、超声振动辅助ELID磨削后的工件表面都产生了残余压应力,超声振动辅助ELID磨削后,工件表面的残余压应力高于超声振动辅助磨削约30％.普通磨削加工中,随磨削深度的增加,残余拉应力一直变大,而超声振动辅助磨削和超声振动辅助ELID磨削的残余压应力总体呈现减小的趋势.在磨削深度达到22.5μm后,超声振动辅助磨削加工表面的残余压应力转变为残余拉应力.在超声振动辅助磨削和超声振动辅助ELID磨削后,随超声振幅的增大,表面残余压应力增大,超声振动辅助ELID磨削表面的残余压应力随占空比的增大而增大.结论 超声振动辅助ELID磨削加工后,能得到更小的表面粗糙度及更大的表面残余压应力.     

超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究

目的 研究切屑形成机理对加工过程的影响。方法 超声振动辅助车削技术通过刀具振动的拟间歇切削特征控制切屑尺寸和切屑形态,从而提高了加工表面质量。针对SiCp/Al复合材料的切屑形成机理,探究常规车削和超声振动辅助车削的切屑形成过程。研究了颗粒分布对第一变形区变形阶段的影响,以及不同加工方式下切削参数对切屑形态的影响。最后,描述了切屑自由表面和刀-屑接触界面的颗粒损伤形式,以直观地描述常规车削与超声振动辅助车削SiCp/Al复合材料加工中切屑的形成过程。结果 通过测试加工后工件表面形貌发现超声振动辅助车削的切屑更加连续、切屑尺寸较小的加工表面粗糙度更小,常规车削的表面粗糙度为0.805μm,超声振动辅助车削的表面粗糙度为0.404μm,超声振动辅助车削比常规车削的表面粗糙度降低了49.8%。结论 与常规车削相比,超声振动辅助车削有利于减小切屑厚度。超声振动辅助车削得到的切屑更加连续,避免了切屑碎裂,促进了切屑的顺利排出。通过对切屑形态进行研究,选择最优切削参数可以有效提高工件表面质量。     

基于旋转超声振动的氧化锆陶瓷小孔磨削加工质量研究

针对陶瓷材料小孔加工质量较差以及加工成本较高等问题,设计一种基于旋转超声辅助的氧化锆陶瓷小孔磨削加工工艺。首先分析旋转超声加工原理,然后在超声振动条件下利用金刚石刀具对氧化锆陶瓷小孔进行单因素磨削加工试验,并对小孔的内壁进行形貌分析和粗糙度检测,最后研究主轴转速、超声功率以及进给速度对小孔表面粗糙度的影响规律。研究结果表明:与普通磨削方式相比,在旋转超声辅助加工条件下,小孔表面质量和残余应力都得到较大改善,当超声功率达到300 W时,加工后的小孔表面粗糙度下降了52%,加工精度明显提高。      

超声辅助磁性磨料光整加工工艺对钛合金表面完整性的影响

为了研究超声辅助磁性磨料光整加工工艺对钛合金表面完整性的影响,采用对比试验和建立切削力和材料去除模型理论分析相结合的方法,分析加工后的表面形貌、粗糙度、显微硬度、残余应力和亚表面组织,并讨论了加工中超声的作用机理。结果表明：在超声频率为21.91 kHz、振幅10 μm,主轴转速1000 r/min,加工间隙1.5 mm,磁性磨料粒径300 μm条件下,经过40 min加工后,表面粗糙度Ra降低到0.075 μm,与普通磁性磨料光整加工相比降低近60%。超声的引入,增大了切削力和材料去除率,由于加工的尖点效应,使超声辅助磁性磨料光整加工的表面粗糙度快速降低;同时超声振动的碰撞作用使加工后的表面更加均匀光滑,在亚表面可形成一层近20 μm的组织细化层,表面显微硬度可达到450.6 HV_0.2,与普通磁性磨料光整加工相比提高了15%,表面残余应力由普通磁性磨料光整加工的+68 MPa的拉应力变为-34.1 MPa的压应力,可有效改善工件表面完整性,提高加工表面的综合性能。     

表面预处理和润滑条件对硫氮共渗35CrMo磨损性能的影响

目的提高35CrMo钻杆接头和对磨套管的耐磨性能。方法采用超声表面加工处理和硫氮共渗处理技术对钻杆接头常用的35CrMo钢进行处理,研究了超声表面预处理和润滑条件对其耐磨性能的影响。利用光学三维形貌仪、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分别研究了试样的表面形貌、粗糙度、成分和相结构,采用环块磨损试验机在油基钻井液润滑和无钻井液润滑的条件下,考察了经过不同载荷超声表面加工预处理的35CrMo钻杆接头及其对磨套管的磨损性能。结果超声表面加工预处理可使35CrMo钢及其硫氮共渗处理后的表面粗糙度显著降低约80%以上。经超声表面加工预处理后,35CrMo钢硫氮共渗钻杆接头在油基钻井液润滑和干摩擦条件下的磨损率均进一步降低。在无钻井液润滑的条件下,500 N载荷超声表面加工预处理后,硫氮共渗35CrMo钢钻杆接头对磨油管磨损表面形貌的改善更显著,表面粘着和犁沟均减少。结论 35CrMo钢钻杆接头在硫氮共渗前采用超声表面加工进行预处理,可以获得更低的表面粗糙度和更高的表面硬度,在有无钻井液润滑条件下均可提高钻杆接头和套管的耐磨性能。