超声纵—扭振动铣削系统的研制

研究了超声声学系统,斜槽式变幅杆形成纵—扭振动的基本原理,对变幅杆的振动形式进行仿真,对超声纵扭振动装置系统进行了研制和测试。试验结果表明:斜槽式变幅杆能有效地将纵向振动转化为纵—扭振动。研制的超声纵扭振动系统匹配特性好,振动稳定性高,能够满足加工要求。     

超声纵扭辅助铣削TiAl合金表面质量及刀具磨损研究

TiAl合金属于典型难加工材料,采用传统方式加工难以获得良好的表面质量,因此文章提出采用超声纵扭辅助铣削TiAl合金。试验采用单因素对照方法,研究了超声纵扭铣削（ULTM）与普通铣削（CM）加工TiAl合金时工艺参数对表面粗糙度、表面形貌及显微硬度的影响规律。研究结果表明,ULTM铣削可以改善TiAl合金的表面粗糙度,获得普遍较低的粗糙度值（Ra<0.6μm）;ULTM对TiAl合金表面硬化具有强化作用,能使表面硬度平均提升超过10%,并且采用ULTM加工得到的工件和切屑表面质量都较好。此外,铣削150 mm3的TiAl合金时发现ULTM的刀具底刃磨损量明显减小,刀具主要发生氧化磨损和扩散磨损。     

超声振动微铣削加工表面质量试验研究

根据超声振动加工硬脆材料的特性,结合已完善的微铣削加工平台,采用超声振动辅助微铣削的方法加工石英玻璃,并与普通微铣削进行了对比。通过单因素分析法来研究加工表面质量随各铣削参数的变化规律。结果表明:超声振动对硬脆材料的微铣削加工是有利的,且以表面质量较好、加工效率较高为目标,得出了最佳铣削参数组合。     

螺旋沟槽参数对纵-扭变幅杆振动分量的影响

为更好地探究纵-扭复合超声振动加工技术在硬脆材料加工中的优势,提出一种新型扭转振动测评方法,设计纵-扭复合超声变幅杆。首先,理论推导了螺旋沟槽结构的纵-扭模态转换,揭示了纵、扭振动分量对变幅杆振动轨迹的影响;然后,在有限元分析中定义了扭纵分量比j,并分析了螺旋沟槽数目n、螺旋角度θ和槽宽d等参数对扭纵分量比j的影响规律。结果表明:扭纵分量比j随螺旋沟槽数目n及槽宽d的增加而变大,随螺旋角度θ的增加而先变大后减小,并利用正交参数的极差分析法得到各参数对其影响力度大小的主次。通过实验验证了有限元分析结果。     

超声振动辅助微铣削石英玻璃铣削力的研究

根据超声加工硬脆材料的特点,结合实验室设备,设计了一套采用工件振动的高速微铣削实验平台,通过超声振动铣削和常规铣削透明石英玻璃,研究选用不同的主轴转速、进给速度、切深、主轴倾角等铣削因素对铣削力的影响。实验结果表明,在两种铣削加工方式下,铣削力发生不同的变化,在超声铣削情况下,铣削力普遍低于常规铣削力。     

电弧微铸锻增材制造AlMgSc合金纵扭复合超声振动干铣削加工特性研究

对电弧微铸锻增材制造AlMgSc合金进行纵扭超声复合干铣削加工特性试验研究,探讨超声铣削工艺参数对切削力、表面形貌、加工硬化及刀具磨损等AlMgSc合金干铣削成形特性的影响规律。结果表明：与锻造和常规电弧增材成形铝合金相比,微铸锻增材制造AlMgSc合金由于具备更加致密的微观组织、更高的强度和硬度而在超声干铣削成形过程中会产生更大的铣削力,更容易发生加工硬化。与常规干铣削相比,采用纵扭复合超声干铣削可以获得更小的表面粗糙度,并有利于减轻刀具磨损。     

超声振动铣削光学玻璃材料铣削力研究

工件材料在切削加工过程中所产生的铣削力对加工稳定性、加工的成品率以及工件质量有着十分重要的影响。对光学玻璃这种典型的硬脆性材料,使用传统的铣削方式难以得到高效精密的加工,超声铣削加工是一种特别适用于非金属材料以及难加工材料的加工方式。首先建立了超声振动铣削光学玻璃材料的平均铣削力模型,从理论上得出超声振动铣削加工可有效的降低加工过程中的铣削力这一结论,并用实验验证了这一结论。实验结果表明,与普通铣削加工相比,超声铣削加工明显的降低了切削加工过程中产生的切削力,提高了加工的稳定性等。     

超声辅助多介质电火花铣削加工机床的研究

通过分析新型放电介质自身及其与超声复合的电火花加工的独特特点,得出了超声辅助多介质电火花铣削加工工艺对加工机床的要求。依此提出了机床的整体系统框架,并详述了该加工机床的本体结构以及控制系统的软硬件结构。初步实验证明,该加工机床运行稳定,加工效果明显。     

超声辅助气中电火花铣削加工研究

阐述了超声辅助气中电火花铣削加工的原理,并依据其工艺特点,提出了二次分层策略和轮廓环切与往复行切相结合的轨迹规划方法.实验表明,施加超声振动不仅可以提高铣削加工的材料去除率,还可以较大的分层厚度和伺服进给速度进行加工.用斜壁型腔三维结构铣削加工实验验证了该工艺的可行性.     

纵-扭复合振动超声深滚加工工艺试验

采用正交试验法对Q235钢端面进行了纵-扭复合振动超声深滚加工,探索了工艺参数对表面粗糙度和显微硬度的影响,并基于试验结果构建了表面粗糙度和显微硬度的预测模型。试验结果表明：经纵-扭复合振动超声深滚加工后,工件表面粗糙度值显著减小,而显微硬度有大幅提高;表面粗糙度值随静压力增大先增后减,随进给量的增大而急剧增大,而随滚压速度的增大变化不明显,且进给量对表面粗糙度的影响最显著;显微硬度随静压力的增大而提高,随进给量和滚压速度的增大有微小波动,且静压力对显微硬度的影响最显著;基于t-检验与相关系数计算结果发现,进给量与静压力的交互作用对表面粗糙度的影响最大,而静压力与滚压速度的交互作用对显微硬度的影响最大。基于正交试验结果和预测模型获得了最优工艺参数,两者的结果接近,表明预测模型可靠。     

一种新型纵扭复合超声振动系统的研究

提出了一种新型纵扭复合超声振动系统的设计方法,并应用有限元软件对其正确性进行仿真验证。利用矩阵传输理论得出了指数过渡变幅杆的纵扭共振频率方程及放大倍数,其间利用MATLAB软件对此频率方程进行了求解;然后通过对圆棒中有纵扭复合振动时的应力状况进行分析,得出了一种新型的纵扭同频激励方式。按此法设计纵扭复合超声振动系统,并应用有限元软件ANSYS进行模态分析与瞬态动力学分析。结果表明:有限元分析与理论计算结果吻合较好。     

超声振动铣削加工参数对切削力的影响

为了改善传统铣削钛合金的加工条件,研究了进给方向超声振动辅助铣削对切削力的影响。定值计算了不同振动频率、振幅、铣削速度时的净切削时间比,建立了对工件施加超声振动的铣削加工三维有限元模型,根据仿真结果讨论了加工参数对进给方向切削力瞬时值的影响,并结合净切削时间比分析了加工参数对三个方向切削力平均值的影响。研究表明:施加超声振动后切削力明显减小;振动频率小于40kHz和振幅小于30μm时切削力平均值同净切削时间比变化趋势一致,当频率或振幅超过上述值时,刀具、工件间的摩擦力对切削力平均值的影响显著。     

超声铣削复合材料应力场分析与试验研究

为解决复合材料难加工问题,本文采用超声铣削和普通铣削加工方法对复合材料进行试验研究。试验结果表明,在超声加工条件下,由于外加的周期性振动使铣削力大大减小,使得已加工表面产生较小的应力场,则纤维束和碳基体交界处微裂纹扩张速度减慢和分层不明显;而在普通加工条件下,由于产生较大的铣削力,则纤维束和基体交界处裂纹扩展迅速,且分层也十分明显,工件表面纹理质量很差。     

超声振动辅助铣削钛合金的表面完整性研究

对超声振动辅助铣削TC4钛合金进行试验研究,从表面三维粗糙度、棱边质量及残余应力三个方面分析了超声电流及工艺参数对钛合金加工表面完整性的影响规律。试验结果表明:超声振动的辅助作用对TC4钛合金的表面完整性影响较为显著;高频振动冲击虽然增大了TC4钛合金表面的三维算数平均偏差和均方根偏差,但表面均匀程度和液体滞留性能得到改善,易于形成较为统一的表面纹理;超声振动辅助不仅可抑制TC4钛合金棱边毛刺的产生,并且能有效增大表面残余压应力。     

超声纵-扭复合钻削系统的力负载影响研究

在超声辅助钻削钛合金加工中,针对声学系统受力负载作用后出现系统失谐、振幅衰减甚至停振等问题,开展声学系统受力负载的理论与试验研究。利用四端网络法将换能器、复合变幅杆和负载三者统一,建立超声钻削声学系统的整体理论模型,得出负载-输入阻抗、负载-输入电流-输出振幅等相关表达式。通过ANSYS软件对声学系统受静态模拟力和动态钻削力的情况进行仿真,并设计模拟力加载试验和钻削加工试验,探究力负载对系统特性的影响规律。研究表明:力负载的增加会使系统的输入阻抗增加、谐振频率偏移和放大系数减小;在钻削钛合金加工中,电流增幅超过60%,频率变化超过350Hz时,声学系统会出现明显的失谐现象,影响系统稳定性及超声辅助效果。     

超声纵扭振动钻削光学玻璃材料边缘破损的试验研究

光学玻璃的脆性较大、硬度大以及强度高,在传统孔加工中极易产生边缘破损。本文设计了超声纵扭振动钻削装置,采用上压板与下支撑板的新装夹方式,给出了孔口崩边程度的评价指标。试验结果表明,当转速为4500r/min、振幅为6μm、进给速度为3mm/min时,孔口加工质量较高。     

超声振动辅助电火花铣削间隙流场分析与验证

为研究超声振动对电火花铣削间隙流场的作用,根据流场理论将超声振动辅助电火花铣削间隙流场简化为二维流场,建立间隙流场动力学基本方程并推导出间隙流场在x和y方向的压力变化方程。通过Fluent有限元软件建立二维轴对称旋转仿真模型,验证该方程的正确性。分析了间隙流场交变压力的作用,并进行实验验证。研究结果表明:在超声振动的作用下,加工间隙中电介质沿x和y方向超声频率周期性变化的压力增强了空穴作用,促进了电介质的循环,减少了短路和电弧放电,提高了加工过程的稳定性和加工效率,进而提高工件材料去除率,同时能够减小火花放电凹坑深度,使工件加工表面的熔融金属铺展得更均匀,从而降低工件加工表面粗糙度。     

超声振动特性在磨削加工系统中的应用

将超声振动特性应用于磨削加工系统中变幅杆的设计,利用振动模态分析和谐振响应分析方法,研究了超声磨削谐振系统和变幅杆的动态特性,确定了变幅杆的共振频率及在该频率下的谐振响应状态,求出了变幅杆自由端面在谐振状态下的振幅,由此获得了变幅杆的振幅放大系数。据此设计了最佳形状的变幅杆,并通过仿真分析验证了其设计合理性。