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中国机械工程 2024年

作者：张超任莹晖于晓琳李茂君余承阳杜新亮沈阳理工大学机械工程学院湖南大学机械与运载工程学院

为揭示碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）纵-扭超声振动铣削材料去除机理，展开了CFRP细观切削仿真研究。分析了纵-扭超声振动铣削运动学特性，建立了CFRP材料三维细观切削模型。仿真对比了传统切削与纵-扭超声振动切削在不同纤维方向... 详细信息

为揭示碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）纵-扭超声振动铣削材料去除机理，展开了CFRP细观切削仿真研究。分析了纵-扭超声振动铣削运动学特性，建立了CFRP材料三维细观切削模型。仿真对比了传统切削与纵-扭超声振动切削在不同纤维方向角下的纤维去除机制、基体损伤、切屑形态及切削力。结果表明，0°纤维方向角时，纵-扭超声振动冲击特性加速了纤维弯断进程，刃口去除纤维机制由传统碾压转变为划擦；45°和90°纤维方向角时，冲击作用增强了切削刃对纤维的剪切效果，90°纤维方向角时剪切效果更显著；135°纤维方向角时，纤维去除机制由大面积弯断转变为局部断裂。纵-扭超声振动铣削有利于抑制基体损伤，改善切屑形态，减少切削区域热量积累，降低平均切削力。实验验证了仿真分析的准确性。

关键词： CFRP 纵-扭超声振动细观仿真材料去除机理纤维方向角

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异形超声加工系统结构设计与研究

异形超声加工系统结构设计与研究

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作者：王羿天津大学

学位级别：硕士

超声振动辅助加工作为一种复合加工方式被广泛应用于硬脆材料以及难加工材料的加工当中。超声辅助加工具有减小切削力、提高表面质量、延长刀具使用寿命、易于排屑等优势。但同时超声加工中工具的振形和振动方向会直接影响到加工的质量... 详细信息

超声振动辅助加工作为一种复合加工方式被广泛应用于硬脆材料以及难加工材料的加工当中。超声辅助加工具有减小切削力、提高表面质量、延长刀具使用寿命、易于排屑等优势。但同时超声加工中工具的振形和振动方向会直接影响到加工的质量,而振形和方向又受到超声变幅杆和加工刀具自身的影响。因此,本文针对不同的实际问题设计出了不同的基于夹心式换能器的二维或三维方向上振动的超声变幅杆,并通过实际加工发现螺旋结构刀具同样会影响超声振动的方向从而影响加工结果。本文的研究工作主要包括:(1)由于超声振动车削加工装置在加工深凹形自由曲面时,超声变幅杆会与工件发生干涉,因此提出了异形超声变幅杆的设计方式。并采用三维建模与有限元分析相结合的方法,优化了异形变幅杆的结构尺寸。(2)由于异形变幅杆的特殊形式,可以通过单一纵向振动产成超声椭圆振动,进而避免了一维超声振动过程中,金刚石刀具与工件发生碰撞和刮擦等问题。并且通过改变振动频率可以改变椭圆振动的方向,以满足实际的加工需求。最后通过实验验证了异形变幅杆超声辅助车削的有效性。(3)通过旋转超声辅助钻削和磨削实验,发现加工刀具结构会直接影响超声辅助加工的结果,并随频率的变化而变化。尤其是螺旋结构刀具,在其顶端施加一个轴向振动,会在刀具端部形成纵-扭超声振动。(4)对螺旋结构刀具进行有限元分析,发现刀具随着频率的变化振动的方向也会发生变化,方向由一三象限转变为二四象限。而这种变化会影响刀具切削时的实际切削角度。此外,在切削刃上建立局部坐标系,发现切削刃上任意一点所在切削截面可以看成是一个椭圆振动切削,因此可以利用椭圆车削模型进行进一步解释。(5)由于目前旋转超声辅助磨削加工大多基于一维轴向振动,因此在磨削工件侧表面时,超声振动效果并不明显。因此,提出纵-扭旋转超声辅助加工装置,通过改变超声变幅杆结构实现从一维纵向超声振动向三维纵-扭超声振动的转变。(6)利用三维建模与有限元分析相结合的方式对斜槽型纵-扭超声变幅杆进行设计优化,并从理论上分析了纵-扭超声振动磨削可以有效地延长刀具使用寿命,提高表面粗糙度的原因。最后通过实验验证了纵-扭超声磨削加工可以有效降低侧表面加工时的磨削力。

关键词：异形变幅杆椭圆振动螺旋结构刀具纵-扭超声振动

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双排斜槽纵-扭复合振动变幅杆仿真设计

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河南机电高等专科学校学报 2017年第1期25卷 11-13页

作者：吴豪琼张涛河南工学院河南新乡453003

对圆截面阶梯型超声变幅杆小端圆环传振杆开双排斜槽,以获得纵-扭复合超声振动的输出,利用有限元分析软件ANSYS研究分析变幅杆尺寸参数对变幅杆固有频率的影响规律,从而设计较优的变幅杆。仿真结果表明,优化后的变幅杆谐振在20 346Hz时... 详细信息

对圆截面阶梯型超声变幅杆小端圆环传振杆开双排斜槽,以获得纵-扭复合超声振动的输出,利用有限元分析软件ANSYS研究分析变幅杆尺寸参数对变幅杆固有频率的影响规律,从而设计较优的变幅杆。仿真结果表明,优化后的变幅杆谐振在20 346Hz时能够实现纵-扭复合振动。

关键词：双排斜槽纵-扭超声振动仿真

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基于BP神经网络的超声铣削钛合金表面粗糙度预测

基于BP神经网络的超声铣削钛合金表面粗糙度预测

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特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议

作者：牛赢焦锋赵波河南理工大学机械与动力工程学院

钛合金具有耐腐蚀、强度高、耐热性好等一系列优良性能,广泛应用于医疗、航空航天等领域。但由于其特殊的化学、物理和力学性能,是一种典型的难加工材料,在加工过程中存在切削温度高、刀具磨损严重、加工质量差等一系列问题。超声振动... 详细信息

钛合金具有耐腐蚀、强度高、耐热性好等一系列优良性能,广泛应用于医疗、航空航天等领域。但由于其特殊的化学、物理和力学性能,是一种典型的难加工材料,在加工过程中存在切削温度高、刀具磨损严重、加工质量差等一系列问题。超声振动切削是针对难加工材料的一种有效加工方法。特别是纵扭超声振动切削,刀具不再是单向振动的高频振动,有效地避免了刀具后刀面与已加工表面的一维超声振动之间的长期摩擦。从而降低切削力,提高加工质量。本研究中,将纵扭超声振动应用到钛合金(Ti-6Al-4V)铣削过程中。在立式加工中心VMC-850E进行钛合金(Ti-6Al-4V)端铣加工。基于正交试验设计,研究了各参数对表面粗糙度的影响。然后建立BP神经网络预测表面粗糙度,从而实现表面粗糙度的智能预测。通过粗糙度仪检测已加工表面进给方向和垂直进给方向的粗糙度值,进一步分析,得到切削工艺参数相对敏感性图谱。可知,在垂直进给方向,每齿进给量)对粗糙度Ra影响最大,贡献率达42.66%,铣削速度(MS)影响最小,贡献率为1.93%,振幅,切宽,切深三者对其影响相近,贡献率分别为23.48%,15.23%,16.69%。在进给方向,每齿进给量对表面粗糙度Ra影响最大,贡献率达36.72%,振幅,切宽,铣削速度,切深四者对其影响相近,贡献率分别为16.75%,16.45%,15.27%,14.8%。在BP神经网络模型中,输入向量的维度决定了输入层所具有的神经元个数,输出向量的维度决定了输出层的神经元个数。在本神经网络模型中,主要研究切削速度、每齿进给量、径向切深、轴向切深、超声振幅五个因素对钛合金表面残余应力的交互影响作用,故确定输入层神经元个数为5,输出层神经元个数为1(平行进给方向表面残余应力或垂直进给方向表面残余应力)。从BP神经网络的预测结果可以看出,与试验结果比较,在垂直进给方向的表面粗糙度的预测误差在2.33%-16.36%范围内,在进给方向的表面粗糙度的预测误差在9.8%-18.35%范围内,证明了BP神经网络能够反映处理参数和高精度表面粗糙度Ra之间的非线性关系,有助于在不同的工程需求中选择合适的工艺参数。

关键词： Ti-6Al-4V 纵-扭超声振动 BP神经网络表面粗糙度预测

来源： cnki会议 cnki会议评论

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