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切向超声振动辅助成形磨削齿轮的切削系数建模与试验研究

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机械工程学报 2022年第7期58卷 295-308页

作者：别文博赵波高国富向道辉赵重阳唐进元河南理工大学机械与动力工程学院焦作454000 平顶山学院电气与机械工程学院平顶山467000 中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083

通过对磨粒-工件的运动特性分析,研究了切向齿轮超声成形磨削过程中分离加工机理,建立了超声振动作用下磨粒-工件的切削系数模型,得到了加工参数(砂轮速度、进给速度、超声频率和超声振幅)对切削系数的影响规律。针对切向齿轮超声成形... 详细信息

通过对磨粒-工件的运动特性分析,研究了切向齿轮超声成形磨削过程中分离加工机理,建立了超声振动作用下磨粒-工件的切削系数模型,得到了加工参数(砂轮速度、进给速度、超声频率和超声振幅)对切削系数的影响规律。针对切向齿轮超声成形磨削分离加工的特点,进行了齿轮超声成形磨削和普通磨削加工试验,获得不同加工参数对磨削力、磨削温度、残余应力和表面粗糙度的影响规律,并对磨削后表面的微观组织进行分析。试验结果表明:与普通磨削相比,在超声磨削过程中,磨削力、磨削温度和表面粗糙度在一定程度上得到有效的降低。三者的降低幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而减小,磨削力、磨削温度的降低幅度随着超声振幅的增加而增大,而表面粗糙度的降低幅度随着超声振幅的增加呈先增加后减小的趋势;同时,齿面的残余压应力得到提高,其增加幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而降低,随着超声振幅的增加而增大。此外,超声磨削可以显著改善齿面的纹理状态和表层的显微组织,并实现晶粒的细化。

关键词：齿轮超声成形磨削切削系数磨削力磨削温度显微组织

纵向超声辅助螺旋磨削Ti_(3)Al微孔的磨削力模型研究

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中国机械工程 2023年第11期34卷 1280-1286页

作者：高国富王得宇潘贤荣乔淮浮宗霞向道辉赵波河南理工大学机械与动力工程学院焦作454000

为建立超声辅助螺旋磨孔过程中磨削力的预测模型,充分发挥磨削力在Ti_(3)Al微孔磨削工艺参数优化中的指导作用,基于切屑断面面积理论,分析了超声振动下切削变形力和摩擦力的变化,建立了超声螺旋磨孔的磨削力模型。搭建超声辅助螺旋磨削T... 详细信息

为建立超声辅助螺旋磨孔过程中磨削力的预测模型,充分发挥磨削力在Ti_(3)Al微孔磨削工艺参数优化中的指导作用,基于切屑断面面积理论,分析了超声振动下切削变形力和摩擦力的变化,建立了超声螺旋磨孔的磨削力模型。搭建超声辅助螺旋磨削Ti_(3)Al微孔实验平台,采集磨削力数据并与所建模型进行验证。研究结果表明,磨削力随着主轴自转速度的增大而减小,并随着进给速度的增大而增大;当超声振幅由0增大至1.6μm时,平面磨削力和轴向磨削力分别减小了27.2%和28%。超声螺旋磨孔磨削力模型的预测结果与实验数据显示出良好的一致性,数值误差保持在20%以内,为超声辅助螺旋磨削Ti_(3)Al微孔的工艺参数优化提供了理论依据。

关键词：纵向超声螺旋磨削孔加工磨削力

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大负载超声振动磨削系统的设计

声学学报 2022年第1期47卷 85-94页

作者：李艳琴赵波向道辉高国富焦锋王梦雷小飞河南理工大学机械学院焦作454000

设计了一种大负载超声振动磨削系统,超声系统由换能器、圆柱圆锥形变幅杆和轮辐式砂轮组成。首先将轮辐式砂轮等效成轮毂为圆柱杆、辐板与轮缘为中厚板的复合模型,利用各接触面边界连续的条件推导系统的频率方程,完成了超声磨削系统的设... 详细信息

设计了一种大负载超声振动磨削系统,超声系统由换能器、圆柱圆锥形变幅杆和轮辐式砂轮组成。首先将轮辐式砂轮等效成轮毂为圆柱杆、辐板与轮缘为中厚板的复合模型,利用各接触面边界连续的条件推导系统的频率方程,完成了超声磨削系统的设计,制作了实验装置并分析验证了其声学振动特性。实验结果表明:利用轮辐式砂轮复合模型求解系统频率方程,在解决大负载超声振动磨削系统设计难题上的有效性。该超声系统结构简单,声学振动特性稳定,可输出均匀的位移振幅,有望在大负载的超声磨削领域获得应用。

关键词：超声振动磨削超声磨削圆锥形变幅杆超声系统频率方程声学振动复合模型中厚板

超声振动辅助铣削SiC_(p)/Al复合材料表面质量与切屑形貌实验研究

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工具技术 2022年第4期56卷 12-17页

作者：牛秋林高航张深圳向道辉荆露李常平湖南科技大学机电工程学院湖南省湘潭市411201 河南理工大学机械与动力工程学院

碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有强度高、硬度高、耐高温等优良的物理及力学性能,被广泛应用于航空、航天、电子和汽车制造业等重要领域。本文以体积分数为20%的SiC_(p)/Al复合材料为研究对象,开展了纵向超声振动辅助铣削试验,重点分析... 详细信息

碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有强度高、硬度高、耐高温等优良的物理及力学性能,被广泛应用于航空、航天、电子和汽车制造业等重要领域。本文以体积分数为20%的SiC_(p)/Al复合材料为研究对象,开展了纵向超声振动辅助铣削试验,重点分析了切削速度和每齿进给量对加工表面粗糙度和微观形貌的影响,并探究了切屑宏观与微观形貌的形成机理。结果表明:表面粗糙度随切削速度的增加呈先增加后降低的趋势,当切削速度从65m/min增加到125m/min时,表面粗糙度增加15.3%,而增加到145m/min时,表面粗糙度相比于125m/min的切削条件降低2.4%;表面粗糙度随每齿进给量的增加呈增大的趋势,当每齿进给量从0.02mm/z增加到0.1mm/z时,表面粗糙度数值增加129.7%;加工表面主要存在凹坑、划痕、粘屑、划伤等缺陷;切屑宏观形态为“C”状,其内表面主要存在裂纹、凹坑及破碎颗粒等特征,并且切削速度和每齿进给量均对切屑内表面形貌产生显著影响。

关键词： SiC_(p)/Al复合材料超声振动辅助铣削表面质量切屑形貌

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Ti-Al系金属间化合物精密加工研究进展

稀有金属材料与工程 2021年第5期50卷 1867-1882页

作者：高国富浮宗霞王毅向道辉赵波河南理工大学河南焦作454003 平顶山学院河南平顶山467000

稀有材料Ti-Al系金属间化合物的本征脆性在一定程度上限制了精密加工技术的选择和在航空航天、国防等领域的应用,为促进此类材料精密加工的适应性及获得高质量的表面,本文对Ti-Al系金属间化合物的精密加工技术进行综述。首先对此类材料... 详细信息

稀有材料Ti-Al系金属间化合物的本征脆性在一定程度上限制了精密加工技术的选择和在航空航天、国防等领域的应用,为促进此类材料精密加工的适应性及获得高质量的表面,本文对Ti-Al系金属间化合物的精密加工技术进行综述。首先对此类材料的特性及精密加工技术进行总体概括;其次从材料的切削性能(材料去除机理、切削力、切削温度、切屑形态和刀具磨损)对其可加工性进行分析,并对材料加工后的表面完整性(表面粗糙度、表面缺陷、残余应力、加工硬化和金相组织)进行总结;最后,对应用于Ti-Al系金属间化合物所采用的超声振动辅助加工技术进行展望,以期为此类材料的加工提供一定的理论依据和技术支撑。

关键词： Ti-Al系金属间化合物精密加工技术切削性能表面完整性超声振动辅助加工技术

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超声激励薄液膜Faraday波形成机理

北京航空航天大学学报 2019年第8期45卷 1582-1588页

作者：高国富李康李瑜向道辉赵波河南理工大学机械与动力工程学院

针对35 kHz超声激励薄液膜形成的Faraday波,采用实验和有限元仿真,对Faraday波的形成机理进行探究。建立超声激励下的两相流计算模型,采用计算流体力学(CFD)方法对Faraday波的形成过程进行有限元仿真,通过分析相图和流线图,探讨Faraday... 详细信息

针对35 kHz超声激励薄液膜形成的Faraday波,采用实验和有限元仿真,对Faraday波的形成机理进行探究。建立超声激励下的两相流计算模型,采用计算流体力学(CFD)方法对Faraday波的形成过程进行有限元仿真,通过分析相图和流线图,探讨Faraday波的形成机理,得到Faraday波的振动频率约为超声激励频率的1/2。液体惯性的存在,导致超声激励与液体表面波存在不断变化的相位差,相位差变化周期约等于2个超声激励周期。通过35 k Hz超声激励薄液膜实验,在薄液膜表面观察到排列整齐的Faraday波图案,通过测量Faraday波的波长,得出实验获得的Faraday波频率约为超声激励频率的1/2,与有限元仿真结果一致。

关键词： Faraday波超声激励薄液膜计算流体力学(CFD) 形成机理

基于有限元分析的矿用混料机滚筒焊缝坡口对比研究与应用

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矿业安全与环保 2021年第6期48卷 108-112页

作者：郭彩萍向道辉焦作大学机电工程学院河南焦作454002 河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454010

针对矿用混凝土混料机混料滚筒的焊缝频繁开裂问题,采用有限元分析方法,从焊口形式角度出发,建立平口焊和坡口焊2种焊口的滚筒有限元模型,通过模拟添加工作载荷,求解平口焊和坡口焊滚筒焊缝处的应力和应变。对比2种焊口形式的滚筒焊缝... 详细信息

针对矿用混凝土混料机混料滚筒的焊缝频繁开裂问题,采用有限元分析方法,从焊口形式角度出发,建立平口焊和坡口焊2种焊口的滚筒有限元模型,通过模拟添加工作载荷,求解平口焊和坡口焊滚筒焊缝处的应力和应变。对比2种焊口形式的滚筒焊缝残余应力应变结果,发现采用平口焊形式的滚筒每一条焊缝处的应力均小于采用坡口焊形式的应力。根据仿真分析结果,改进滚筒的焊接形式,现场应用结果表明,混料机混料滚筒采用平口焊接形式,能够解决滚筒焊缝频繁开裂的问题,有效提高了混料机焊件的使用寿命。

关键词：喷浆支护混料机滚筒焊接焊缝平口焊坡口焊焊接应力有限元分析

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超声铣削C/C复合材料铣削力的理论建模

振动与冲击 2018年第10期37卷 8-13页

作者：高国富胡二娟向道辉赵波河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000

在平面立铣刀轴向施加纵向超声振动,对超声铣削C/C复合材料的铣削力进行解析。考虑C/C复合材料的层状结构模型和立铣刀的几何模型,以及铣削加工中铣刀旋转为主运动的运动特征,运用斜角切削理论、等效平面和二维正交切削圆的理论对超声... 详细信息

在平面立铣刀轴向施加纵向超声振动,对超声铣削C/C复合材料的铣削力进行解析。考虑C/C复合材料的层状结构模型和立铣刀的几何模型,以及铣削加工中铣刀旋转为主运动的运动特征,运用斜角切削理论、等效平面和二维正交切削圆的理论对超声振动辅助铣削C/C复合材料的铣削力进行建模,获得了超声铣削中的等效平面角的变化规律。并通过数值模拟与实验讨论了超声辅助铣削加工C/C复合材料时随刀具旋转角度变化的铣削力特征。实验结果表明:铣削力的理论曲线的波形变化趋势与实际测得的铣削力的趋势一致。

关键词：超声铣削铣削力斜角切削等效平面

多维超声振动铣削Ti2AlNb合金试验研究

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河南理工大学学报（自然科学版） 2023年第6期42卷 110-117页

作者：高国富乔淮袁照杰王梦王晓博向道辉河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000

Ti2AlNb合金的硬脆性较大,传统的切削工艺在切削加工中存在的切削热高导致刀具耐用度低和加工质量差等问题。本文采用切削仿真与试验研究相结合,应用二维、三维超声振动切削和普通切削进行Ti2AlNb合金切削特性的对比研究。结果表明:超... 详细信息

Ti2AlNb合金的硬脆性较大,传统的切削工艺在切削加工中存在的切削热高导致刀具耐用度低和加工质量差等问题。本文采用切削仿真与试验研究相结合,应用二维、三维超声振动切削和普通切削进行Ti2AlNb合金切削特性的对比研究。结果表明:超声振动的三向切削力小于普通切削的,沿刀具进给方向,二维和三维超声振动相对于普通切削的切削力最大分别下降了48.6%和28.3%。3种不同的切削方式在相同的切削参数下加工出完全不同的表面微织构形貌,三维超声振动加工出“麦穗状”,且“麦芒”出现在超声分离特性较强的刀具进给方向上。随着机床转速增加,二维超声振动产生的粗糙度值相对于普通切削下降率最大为45.3%。随着振幅增加,超声振动引起的刀屑分离作用增强,在刀具二维超声振动振幅为8μm时,工件表面粗糙度下降了64.5%。试验结果表明,超声振动加工是提高Ti2AlNb合金的切削性能的有效手段之一。

关键词：超声切削 Ti2AlNb合金切削特性表面形貌