纵扭复合超声端面铣削表面微结构建模与试验研究

目的 对纵扭复合超声端面铣削加工表面微结构进行预测,以优化加工参数。方法 对纵扭复合超声端面铣削进行运动学分析,并在其基础上建立三维运动轨迹方程。对刀尖轨迹仿真,且研究该运动方式下的加工特性。通过对切削刃和工件离散化建立纵扭复合超声端面铣削表面微结构理论模型,并利用MATLAB进行三维表面仿真。对TC4钛合金进行超声振动切削试验。结果 理论仿真和切削试验结果均表明超声纵扭端面铣削时,随振幅的增加,由振动引起的表面微观结构特征愈加明显。扭纵幅值比增大时,加工表面微观结构凹坑效应弱化,At/Al=0.55时,加工表面呈条形片状微观结构。振动频率和主轴转速会影响表面微观结构单元的疏密程度。结论 加工表面微结构的生成与振动频率、振幅、扭纵复制比、切削速度等加工参数相关,铣削实验得到的加工表面变化趋势与表面理论模型吻合,该表面模型能够优化超声加工参数。     

工件表面超声振动抛光方法发展概况

阐述了近几年来国内外对工件表面超声振动抛光加工和复合超声振动抛光加工研究的方法、原理及进展,并进行了对比分析。最后,指出了工件表面超声振动抛光的发展方向。      

钛合金超声振动研磨表面粗糙度特性试验研究

根据超声振动研磨加工原理,采用自行研制的超声振动研磨装置对塑性难加工材料钛合金(TC4)表面粗糙度特性进行了试验研究。试验采用单因素法,分别研究了工件转速、超声振动振幅以及磨料粒度对工件表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:超声振动的附加在一定程度上降低了工件表面粗糙度。所获得的结论对超声振动研磨中加工参数的选择具有一定的参考价值。     

混粉超声振动对电火花加工Ti-6Al-4V表面结构及力学特性的影响

研究混粉超声振动对电火花加工Ti-6Al-4V表面结构及力学特性的影响,对传统电火花加工、混粉电火花加工及混粉超声振动电火花加工后Ti-6Al-4V试件的表面粗糙度、表面残余应力和显微硬度进行了测量,采用SEM对3种加工方法的加工试件表面重熔层及微裂纹进行了观察,采用能谱分析仪对加工表面进行了能谱分析,探讨了Al粉、SiC磨料超声振动对电火花加工表面结构和力学性能的影响机理。结果表明:在混粉电火花加工基础上,工作液中加入20 g/L的SiC颗粒,电极施加轴向超声振动,可使电火花加工表面粗糙度值Ra降低0.5μm、重熔层厚度减薄40μm、表面残余应力降低50 MPa、表面显微硬度由7650 MPa提高到9870 MPa。     

超声振动磨削放电复合加工SiCp／Al试验研究

针对SiCp／Al的加工,提出一种超声振动磨削放电复合加工的方法．从加工效率、加工稳定性及表面质量等方面与电火花加工进行了对比试验研究。分析了两种加工方法的脉冲宽度和峰值电流对加工速度和表面粗糙度的影响,结果表明：电火花加工的表面粗糙度平均值为尺04．5μm,超声振动磨削放电复合加工的表面粗糙度平均值为Ra2μm：超声振动磨削放电复合加工的稳定性比电火花加工好,但加工速度较低。通过扫描电镜对两种加工方法下零件表面形貌和重熔层进行了观测,对试件表面进行了X射线衍射分析,表明采用超声振动磨削放电复合加工SiCp／Al复合材料可获得较好的表面质量。     

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。     

基于纤维增强复合材料的超声振动辅助加工技术综述

纤维增强复合材料是一类使用范围不断扩大的具有优良机械性能的工程复合材料,但由于其具有各向异性及增强体纤维稳定的理化性能,使得传统金属加工方法很难对纤维增强复合材料进行高质量的加工,特别是对于以芳纶纤维等断裂伸长率较高的纤维为增强体的复合材料,存在较为严重的撕裂、毛刺和分层等加工缺陷。超声振动辅助加工是一种将超声振动附加在机械加工过程中的加工方式。超声振动的加入可使刀具与工件周期性接触,减小切削阻力,降低切削温度,可在一定程度上提高纤维增强复合材料加工的表面质量,减少加工缺陷。在介绍超声振动辅助技术的分类、系统组成和加工机理,及纤维复合材料表面质量、材料去除、加工机理和加工缺陷的基础上,从套料制孔、螺旋铣孔和轮廓铣削三类常见加工工艺方面,论述了针对纤维复合材料的超声振动辅助切削技术的国内外研究进展。基于纤维复合材料超声振动辅助切削技术的发展状况,从基础理论研究、材料表面改性和新加工工艺探索、超声振动加工系统的开发完善等方面,总结了现有研究和应用中的成果及普遍存在的问题,同时对未来研究的发展趋势做出了展望。     

切削法制备超细晶材料研究进展与展望

综述了切削法制备超细晶材料时加工参数和工艺条件对晶粒细化的影响,分析了切削法制备超细晶材料的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性等,探讨了超声振动复合切削法制备超细晶材料的可能性。在超声振动加工中,材料受低应力高速、高频撞击的影响,会发生严重的塑性变形,表面大尺寸的晶粒得到细化,同时超声振动还可以在材料表面形成表面微结构,进一步改善材料性能。因而提出将切削法和超声振动相复合,高效制备具有功能微结构的超细晶材料,为微型零件超细晶材料制备提供新的工艺选择以及理论和技术支撑。     

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。     

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...     

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。     

超声波椭圆振动加工技术的研究进展

超声波椭圆振动加工是功率超声加工技术的重要分支之一,在硬脆性材料加工方面具有非常广阔的应用前景。综述了超声波椭圆振动加工系统的研究进展和超声波椭圆振动加工技术在车削、镗削、钻削、铣削、磨削、化学机械抛光、砂轮修整、表面滚压与焊接等方面的最新应用,最后对超声波椭圆振动加工技术的发展方向提出了一些建议。     

表面纳米化对材料性能影响的研究进展与展望

工程零部件失效常源于表面,微组织结构显著影响甚至决定工程零部件使役性能,表面纳米化技术可诱导材料微组织结构变化产生纳米晶结构表面层,增大表层残余压应力,对材料性能有极其重要的影响。首先综述了表面纳米化诱导微组织结构变化的过程及机理,诱导材料产生晶粒细化、位错运动、残余压应力增大、相变等微观变化,诱因有塑性变形、温度变化、元素渗入等。其次归纳了表面纳米化对材料性能的影响及其机理,上述微观变化对材料疲劳强度、耐腐蚀性、摩擦磨损性能、生物学性能等产生显著影响。总结了各个典型表面纳米化工艺的特点,相比于其他表面纳米化技术,超声振动辅助加工具有不需引入其他元素、不污染环境、原理简单、高速高质量、成本低廉、可依托于各种传统加工工艺等优势,对材料摩擦磨损性能、疲劳性能、生物学性能、表面浸润性和耐腐蚀性等具有积极作用。最后对表面纳米化工艺的未来发展做了展望,其中针对性分析了超声振动辅助加工。针对纳米晶结构表面层的数字化仿真模拟极其匮乏这一现状,将模拟仿真与试验相结合,分析微组织结构与加工参数、微组织结构与材料性能的映射关系并建立模型直观反映尚需更全面系统的研究。材料的某些性能可能不会同时达到最优值,依...     

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。     

Research Progress of Diamond Tool Machining Technology for Ferrous MetalsEI北大核心CSCD

金刚石刀具是超精密加工最理想的刀具之一,但在黑色金属超精密加工领域“石墨化”导致刀具快速磨损,其应用极大地受到了限制。首先,针对金刚石刀具的磨损机理进行介绍。然后,综述金刚石刀具切削黑色金属的几种常见方法,如刀具表面改性、工件表面改性、低温辅助切削、超声振动辅助切削等,通过研究实例来分析各方法的应用效果和存在问题,并从技术层面分析影响金刚石刀具在黑色金属加工领域发展的关键因素。最后,对金刚石刀具切削黑色金属未来的发展趋势进行探讨。总结金刚石刀具在黑色金属领域的加工方法,分析加工黑色金属时抑制金刚石刀具磨损的核心技术,对黑色金属的精密超精密加工具有重要的引领和推动作用。     

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。