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超声辅助加工

国外科技 1990年第12期 16-17页

作者：潘松林

超声辅助加工径向共振式无线电能传输系统研究

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机械设计 2018年第9期35卷 63-67页

作者：许磊李鹏南邱新义牛秋林湖南科技大学机电工程学院湖南湘潭411201

在超声辅助加工过程中,将超声电信号传输到旋转的超声振动单元上存在一定困难,相比于采用碳刷和导电滑环的传统方式或者单纯的感应式无线供电方式,共振式无线供电方式是一种更为灵活、更为理想的供电模式。文中通过建立共振式无线电能... 详细信息

在超声辅助加工过程中,将超声电信号传输到旋转的超声振动单元上存在一定困难,相比于采用碳刷和导电滑环的传统方式或者单纯的感应式无线供电方式,共振式无线供电方式是一种更为灵活、更为理想的供电模式。文中通过建立共振式无线电能传输系统模型,研究了在超声加工所需低频条件下(20～50 kHz)该系统的径向传输性能和可行性,试验研究表明:SP共振式电能传输系统在径向可以接收到稳定的超声电信号,加设磁芯和中继线圈能有效改善系统传输性能。

关键词：超声辅助加工径向无线电能传输共振

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工业陶瓷超声辅助加工技术研究

现代技术陶瓷 2022年第2期43卷 138-150页

作者：孙增光王运生姜立平李乐正徐晓飞闫诊尹昊安波山东工业陶瓷研究设计院有限公司山东淄博255000 陆军装备部某军事代表局山东淄博255000

陶瓷材料具有耐高温、硬度高、绝缘性好的优良性能,在航空航天、军事医疗、电子信息等领域具有广泛的应用。旋转超声辅助加工的刀具磨损小、材料去除率高、加工精度高,在工业陶瓷精密加工领域取得了较好的运用。本文以常用的石英陶瓷和... 详细信息

陶瓷材料具有耐高温、硬度高、绝缘性好的优良性能,在航空航天、军事医疗、电子信息等领域具有广泛的应用。旋转超声辅助加工的刀具磨损小、材料去除率高、加工精度高,在工业陶瓷精密加工领域取得了较好的运用。本文以常用的石英陶瓷和氮化硅陶瓷为加工对象,进行了表面磨削及钻孔试验研究,通过宏观形貌观察、测量表面粗糙度值、工件及刀具微观形貌分析,确定了PCD砂轮结合超声辅助磨削加工,可以得到较好的表面加工质量。开展了石英陶瓷凹槽面、平面及过渡面的磨削加工试验,取得了较好的表面形貌;利用不同类型的砂轮加工氮化硅陶瓷孔,从而确定高强度的金刚石磨头是加工硬性材料的最优砂轮。

关键词：石英陶瓷氮化硅陶瓷超声辅助加工 PCD砂轮

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超声辅助加工非接触式电能传输系统仿真分析

超声辅助加工非接触式电能传输系统仿真分析

作者：黄浩大连理工大学

学位级别：硕士

超声辅助加工技术亦称作旋转超声加工技术,是利用传统加工与高频超声振动复合形成的新的加工技术。和传统的切削、磨削加工方法相比,超声辅助切削、磨削加工具有刀具磨损小、切削力小、加工表面损伤层小等优势,被广泛应用于加工硬脆材... 详细信息

超声辅助加工技术亦称作旋转超声加工技术,是利用传统加工与高频超声振动复合形成的新的加工技术。和传统的切削、磨削加工方法相比,超声辅助切削、磨削加工具有刀具磨损小、切削力小、加工表面损伤层小等优势,被广泛应用于加工硬脆材料、复合材料等难加工材料。超声辅助加工中换能器随加工工具一起高速转动,如何将高频超声电信号传输到高速旋转的超声振动单元的换能器上是实现超声辅助加工的一个前提和难点。传统的超声辅助加工通过碳刷和导电滑环的摩擦接触传输能量为换能器供电,具有碳刷磨损快、发热量大、导线裸露、容易积炭打火、刀具转速不能过高、无法实现自动换刀等问题。针对现有超声辅助加工中的电能传输方式的缺点,提出了基于电磁耦合理论的超声辅助振动系统的非接触式电能传输技术方案。非接触电能传输可以克服接触式电能传输的不足,使超声辅助加工更加安全、稳定、可靠。非接触电能传输系统的设计较为复杂,由于非接触式变压器内存在漏磁,传输效率较低。目前国内尚未开发出成熟的系列化非接触式超声电能传输技术和系统。本文针对基于电磁耦合理论的非接触式电能传输技术存在的问题,建立非接触传输系统的有限元模型,系统研究了非接触传输装置的电磁场分布规律,分析了影响传输效率的因素和规律。主要研究内容如下：(1)针对超声辅助加工的应用现状以及加工特点,分析了超声辅助加工对超声电能传输技术的需求,揭示了传统的超声辅助加工接触式电能传输方式的缺点,提出用基于电磁感应原理的非接触式电能传输技术替代传统接触式电能传输方式。(2)对非接触式超声电能传输系统进行了理论分析,介绍了非接触式变压器的互感等效模型以及超声振动单元的等效电路模型。分析了制约非接触式超声电能传输系统性能的因素,为后续仿真分析提供依据。为使传输性能最佳,利用互感等效模型和超声振动单元的等效电路为基础分析系统的补偿电路。共列举了八种原、副边补偿形式,分别计算出不同补偿电路下的原、副边阻抗。(3)建立了非接触式超声电能传输系统的有限元模型,对非接触式传输系统的电磁特性和传输性能进行有限元分析。主要分析了非接触式变压器的磁芯截面积、磁芯间隙、磁芯轴线偏移以及磁芯轴线偏摆对系统最大磁通密度、耦合系数和传输效率的影响规律。根据理论分析结果对非接触式变压器的外形尺寸和安装尺寸进行设计优化,在保证传输性能的前提下尽量优化非接触式超声电能传输系统的各参数。(4)研制了用于超声辅助加工的非接触式超声电能传输系统,建立了非接触式超声电能传输试验平台,对有限元仿真分析的磁芯截面积、磁芯间隙、磁芯轴线偏移和磁芯轴线偏摆如何影响非接触式超声电能传输系统性能进行试验验证。试验结果与有限元仿真分析结果趋势一致,误差较小,验证了仿真分析的正确性和有效性。

关键词：非接触式电能传输超声辅助加工耦合系数传输效率

Nomex蜂窝材料超声辅助加工圆盘刀的设计和工艺特性研究

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航空制造技术 2021年第23期64卷 68-74页

作者：尚文军冯平法查慧婷徐捷颜键辉刘世杰冯峰清华大学深圳国际研究生院深圳518055 清华大学机械工程系北京100084 湖南工程学院湘潭411100

通过有限元仿真技术研究了圆盘刀的外径、楔角和厚度3个因素对超声辅助加工系统的模态和谐振频率的影响规律;搭建了Nomex蜂窝材料工艺试验平台,开展了普通加工和超声辅助加工的对比试验,以切削力和表面质量为评价指标,分析了不同加工参... 详细信息

通过有限元仿真技术研究了圆盘刀的外径、楔角和厚度3个因素对超声辅助加工系统的模态和谐振频率的影响规律;搭建了Nomex蜂窝材料工艺试验平台,开展了普通加工和超声辅助加工的对比试验,以切削力和表面质量为评价指标,分析了不同加工参数下超声振动作用对Nomex蜂窝材料加工效果的改善程度。结果表明,系统的谐振频率随圆盘刀的外径增大而减小,随厚度增加而增大,随楔角增大而减小,其中刀具外径和厚度的影响程度较大,可通过调整刀具外径和厚度进行系统频率的设计;楔角的大小影响刀具锋利度和刀具强度,应选择合适的楔角。超声辅助加工中的平均切削力比普通加工的平均切削力在刀具切宽方向和进给方向上分别降低了34.9%和50.5%,超声辅助加工的材料表面更加平整,毛刺更少,毛刺长度更短。

关键词： Nomex蜂窝材料超声辅助加工圆盘刀刀具设计工艺特性

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基于WPT技术的超声辅助加工系统研究进展

宇航材料工艺 2017年第5期47卷 1-6页

作者：许磊李鹏南邱新义牛秋林李常平湖南科技大学机电工程学院湘潭411201

对超声辅助加工技术及WPT技术进行了分析归纳,总结了国内外目前有关WPT超声辅助加工系统的研究成果,提出共振式无线电能传输技术可能是超声辅助加工领域一种更为灵活、更为理想的供电模式的想法。

关键词：超声辅助加工 WPT 先进材料难加工

颗粒增强型铝基碳化硅超声辅助钻孔加工工艺试验研究

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北华航天工业学院学报 2023年第2期33卷 7-9页

作者：何健蔡志为张建国北华航天工业学院机电工程学院北华航天工业学院航空宇航学院河北廊坊065000

颗粒增强型铝基碳化硅(SiCp/Al)材料具有高比强度、高比模量、高耐磨性等特性,广泛应用于航空航天器制造领域。但由于其加工过程对刀具磨损严重,容易造成零件表面崩裂或尺寸偏差大的问题,限制了其在精密零部件方面的应用和发展。本文研... 详细信息

颗粒增强型铝基碳化硅(SiCp/Al)材料具有高比强度、高比模量、高耐磨性等特性,广泛应用于航空航天器制造领域。但由于其加工过程对刀具磨损严重,容易造成零件表面崩裂或尺寸偏差大的问题,限制了其在精密零部件方面的应用和发展。本文研究和试验一种通过超声辅助钻孔的方式,解决刀具与碳化硅增强颗粒硬摩擦的问题,降低刀具磨损,提升加工质量。

关键词：铝基碳化硅超声辅助加工工艺参数

基于超声辅助加工的超声振动系统优化设计及试验

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基于超声辅助加工的超声振动系统优化设计及试验

作者：缪新磊扬州大学

学位级别：硕士

随着科技发展,各种特种加工技术己成为制造业研究的热点。在功率超声工艺广泛应用的背景下,设计出性能优良的超声振动系统,可以大大提高其加工效率。为了设计出高性能的超声振动系统,需要在理论分析计算的基础上借助于有限元软件进行振... 详细信息

随着科技发展,各种特种加工技术己成为制造业研究的热点。在功率超声工艺广泛应用的背景下,设计出性能优良的超声振动系统,可以大大提高其加工效率。为了设计出高性能的超声振动系统,需要在理论分析计算的基础上借助于有限元软件进行振动性能分析仿真及优化设计。本文的主要内容如下：本文首先概述了超声加工技术的产生及工艺优势,分析了超声加工技术、超声振动系统及超声辅助加工的国内外研究现状,进而论述了本论文选题依据及研究意义。论述了超声加工、超声辅助加工的原理、特点,分析了超声振动系统各组成部分以及其设计的理论基础,阐述了超声振动系统的优化设计理论。对超声振动系统(包括压电换能器、变幅杆、工具头)进行ANSYS动力学分析;把ANSYS参数化优化设计方法应用到超声振动系统的优化设计中,论述了／ANSYS的参数化优化设计技术对超声振动系统进行优化设计的方法和步骤,并对压电换能器和带负载的变幅杆进行了优化设计。完善超声辅助加工系统,采用压电换能器、数字超声发生器的超声装置,可自动反馈、跟踪超声振动加工系统的固有频率变化,保证系统在共振频率点附近工作;用激光微位移传感器验证优化前后振动系统振幅变化情况,经过优化的振动系统可以获得更大的端面振幅,此后的试验都是基于优化后的振动系统。应用于超声微精加工的工具电极尺寸微小,制作精度要求高、难度大,本论文设计需多种截形(轴、微齿轮)电极工具头,采用平动反拷、套料等微细电火花及精密微细线切割等组合电加工技术,制作各种工具电极,满足超声辅助加工试验要求。在不同材料(硬质合金YB151和YG8、单晶硅片、压电陶瓷)上进行单一微细超声加工,实验表明超声加工是实现非金属硬脆材料表面微结构加工的一种有效方法,加工硬质合金效率较低,电极损耗大,但精度较高。进行多参数(脉冲电压、电解方式、振幅等)超声辅助电解加工对比试验与分析,实验结果表明：超声辅助加工的效率、表面质量均优于单一超声加工,且工具电极损耗小,加工表面质量好;同步电解加工在保持一定加工效率的基础上,具有更好的加工精度和表面质量;在同一电解条件下,指数形变幅杆比圆锥形加工微齿轮的加工效率要高,指数形变幅杆设计较为复杂且制作比较困难,但其加工过程表现出良好的稳定性,这对于尺寸微小、精度要求很高的微细加工是非常重要的。最后对超声振动系统的优化设计进行了分析总结,提出现有系统存在问题及完善的措施,并对后续研究工作提出了设想和展望。

关键词：超声振动系统动力学分析优化设计超声辅助加工试验研究

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玻纤复合材料桨叶试件超声辅助加工技术研究

玻纤复合材料桨叶试件超声辅助加工技术研究

作者：孙超大连理工大学

学位级别：硕士

随着复合材料与金属材料构成的叠层构件在航空航天领域的广泛应用,叠层构件装配中需要的大量铆接与螺栓孔加工工艺研究受到越来越多的关注,由于复合材料与金属材料在性能上的巨大差异,其高质高效的加工技术成为制造领域公认的难题之一... 详细信息

随着复合材料与金属材料构成的叠层构件在航空航天领域的广泛应用,叠层构件装配中需要的大量铆接与螺栓孔加工工艺研究受到越来越多的关注,由于复合材料与金属材料在性能上的巨大差异,其高质高效的加工技术成为制造领域公认的难题之一。与国外的装配制孔手段相比,目前国内仍采用以手工为主,部分采用传统的“钻-扩-铰”多工序加工手段,刀具磨损严重,加工质量难以保证,其关键技术是在装配制孔中在一道工序内同时高质、高效的加工两种完全不同性质的材料。现有的技术手段严重制约了我国重点产品的研制进度与量产能力,缺乏数字化加工设备与整体加工工艺。本文针对不同规格直升机玻纤复合材料(GFRP)桨叶试件中复合材料与金属材料组成的叠层构件为对象,开展了复合材料与金属材料叠层构件超声辅助加工理论分析与试验研究,在单板超声辅助螺旋铣削制孔试验的基础上,提出了变参量超声辅助螺旋铣削制孔方法,针对玻纤复合材料桨叶试件数字化加工开展了直升机桨叶超声辅助数控加工装置的研究与配套专用工装夹具的设计,研究内容和取得的阶段成果如下：(1)针对GFRP材料铣削加工中易产生毛刺与撕裂等加工缺陷,开展了超声辅助铣削加工工艺试验研究,结果表明：铣削力随着主轴转速的升高而降低,随进给速度的升高而增加;与普通铣削加工后的铣削表面质量进行对比分析,产生的毛刺与撕裂现象明显减少,加工质量得到明显改善;(2)分析了超声辅助螺旋铣削制孔加工运动轨迹,并通过正交试验优化了40CrNiMoA金属超声辅助螺旋铣削制孔工艺参数,孔壁质量得到明显改善,孔壁粗糙度达到Ra1.27μm;对短纤维填充复合材料采用超声辅助螺旋铣削制孔方法进行试验研究,分析了在不同主轴转速、公转转速与螺距下切削力与制孔质量的变化规律,分析了制孔加工中易产生的制孔缺陷等;(3)针对金属材料／复合材料叠层材料加工需求,提出了变工艺参数超声辅助螺旋铣削制孔方法,试验结果表明：变参数超声辅助螺旋铣削工艺可有效降低加工中的切削力,降低切削区域温度,提高制孔表面质量,实现了叠层材料构件一体化高质高效加工;(4)创新设计开发了用于直升机桨叶试件铣削与制孔加工的三轴联动超声辅助数控加工装置,并对不同规格桨叶试件安装定位夹具、装置防护、吸尘系统、超声振动系统,变幅杆-刀具结构一体化进行了设计,为解决企业现有加工工艺存在的工序繁琐、效率低、加工质量不稳定等难题提供了可行的工艺手段。

关键词：叠层复合材料超声辅助加工螺旋铣削数控加工装置