本文關(guān)鍵詞：超聲復(fù)合電加工振動(dòng)系統(tǒng)特性分析與試驗(yàn)

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【摘要】：特種加工是解決如高溫合金、硬質(zhì)合金、金剛石等難加工材料及異形面的一種有效加工方法,隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,傳統(tǒng)機(jī)械切削加工已不能夠滿足工程中逐漸增加的難加工材料、異形面零部件的加工的要求,特種加工的應(yīng)用越來越廣泛,其研究與應(yīng)用已成為國際制造業(yè)的熱點(diǎn)問題。本文概述超聲加工、電解加工和電火花加工的特點(diǎn)與應(yīng)用,介紹超聲復(fù)合電加工國內(nèi)外研究、發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀,分析了超聲復(fù)合電加工的技術(shù)優(yōu)勢,探討了超聲復(fù)合電加工仍存在的技術(shù)問題：振動(dòng)系統(tǒng)的特性對于超聲復(fù)合電加工效率和精度有重要的影響,如振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不合理,振動(dòng)過程常難以持續(xù)穩(wěn)定,為解決這個(gè)問題,提出了本文主要研究內(nèi)容。通過ANSYS有限元方法,運(yùn)用強(qiáng)大的多物理場耦合模塊——壓電耦合分析,分析了壓電陶瓷晶堆片數(shù)、輸入電壓信號大小、輸出振動(dòng)位移幅值和晶堆固有頻率之間的相互影響關(guān)系；對指數(shù)形變幅桿與換能器組合的振動(dòng)裝置(簡稱指數(shù)形超聲振動(dòng)裝置)以及圓錐形變幅桿與換能器組合的振動(dòng)裝置(簡稱圓錐形超聲振動(dòng)裝置)的振動(dòng)特性進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析(包括模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析)。施加交變電壓,激勵(lì)超聲振動(dòng),通過ANSYS后處理模塊得到了電壓幅值分布、應(yīng)力變化、節(jié)點(diǎn)和最大應(yīng)力點(diǎn)及振動(dòng)裝置工具頭端面振動(dòng)幅值等參數(shù)。用高頻精密激光微位移傳感器實(shí)測超聲工具頭端面振幅,在相同參數(shù)條件下,對有限元分析結(jié)果與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行分析對比,探討了兩者結(jié)果偏差的原因；分析了階梯形變幅桿及換能器組合的振動(dòng)裝置(簡稱階梯形超聲振動(dòng)裝置)的最大應(yīng)力點(diǎn)和位移節(jié)點(diǎn)的有限元值與理論計(jì)算值誤差較大的原因,以及截面突變處過渡圓弧存在的必要性；最后對指數(shù)形超聲振動(dòng)裝置進(jìn)行參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì),優(yōu)化超聲振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),用于后續(xù)試驗(yàn)研究。本章研究成果對優(yōu)化超聲振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有重要理論指導(dǎo)意義。構(gòu)建微細(xì)同步超聲復(fù)合電加工系統(tǒng),包括超聲振動(dòng)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì),電解和同步斬波電源的完善,電解電流測量分析裝置、磁懸浮工作臺進(jìn)給裝置、振動(dòng)幅值在線監(jiān)測系統(tǒng)和精度測量裝置的構(gòu)建,利用自行研制的同步斬波電源,可將脈沖電解電源的“開、斷”和超聲振動(dòng)協(xié)同一致；采用微細(xì)放電及微細(xì)線切割組合方法,制作多種微細(xì)工具陰極,最后完成超聲復(fù)合電加工試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建。使用經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的超聲振動(dòng)系統(tǒng),采用低幅值、高頻脈沖電壓(小于6V)進(jìn)行基礎(chǔ)復(fù)合電加工試驗(yàn),在此基礎(chǔ)上利用低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硝酸鈉電解液并摻入納米金剛石粉,對硬質(zhì)合金材料YT15、YG8和YBD151進(jìn)行超聲放電-電解加工試驗(yàn),得出超聲振動(dòng)、微火花放電、電解作用的復(fù)合能改善極間加工狀態(tài),進(jìn)一步提高工件成形精度及加工效率的結(jié)論。最后對超聲復(fù)合電加工系統(tǒng)振動(dòng)裝置有限元分析結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié),提出進(jìn)一步完善系統(tǒng)構(gòu)造措施,為建立多效協(xié)同效應(yīng)的在線參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)控復(fù)合電加工系統(tǒng)提出了設(shè)想和展望。
【關(guān)鍵詞】：超聲振動(dòng)系統(tǒng) 復(fù)合電加工 多物理場耦合 ANSYS分析 微細(xì)陰極
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB559
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-22
• 1.1 超聲復(fù)合電加工技術(shù)的發(fā)展9-14
• 1.1.1 超聲加工技術(shù)9-11
• 1.1.2 電解加工技術(shù)11-12
• 1.1.3 電火花加工技術(shù)12-13
• 1.1.4 超聲復(fù)合電加工技術(shù)13-14
• 1.2 微細(xì)超聲復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展14-20
• 1.2.1 微細(xì)超聲加工技術(shù)14-15
• 1.2.2 微細(xì)電解加工技術(shù)15-16
• 1.2.3 微細(xì)電火花加工技術(shù)16-17
• 1.2.4 微細(xì)超聲電解加工技術(shù)17-18
• 1.2.5 微細(xì)超聲電火花加工技術(shù)18-20
• 1.3 論文選題依據(jù)及研究主要內(nèi)容20-21
• 1.3.1 選題依據(jù)20-21
• 1.3.2 論文的主要研究內(nèi)容21
• 1.4 本章小結(jié)21-22
• 第二章 超聲復(fù)合電加工系統(tǒng)振動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與分析22-45
• 2.1 超聲復(fù)合電加工系統(tǒng)的換能器原理與設(shè)計(jì)22-32
• 2.1.1 壓電振子的原理與壓電方程23-25
• 2.1.2 夾心式壓電換能器的特點(diǎn)25-26
• 2.1.3 壓電換能器分類、材料與設(shè)計(jì)要求26-28
• 2.1.4 超聲復(fù)合電加工系統(tǒng)壓電換能器的理論與參數(shù)計(jì)算28-32
• 2.2 超聲復(fù)合電加工系統(tǒng)的變幅桿理論與計(jì)算32-38
• 2.2.1 超聲加工用變幅桿的設(shè)計(jì)參數(shù)32-33
• 2.2.2 變截面的細(xì)長桿理論33-34
• 2.2.3 三種類型變幅桿的參數(shù)計(jì)算34-38
• 2.3 超聲復(fù)合電加工系統(tǒng)的工具陰極原理與設(shè)計(jì)38-39
• 2.4 超聲振動(dòng)裝置的有限元分析39-44
• 2.4.1 超聲振動(dòng)裝置的模態(tài)分析40-41
• 2.4.2 超聲振動(dòng)裝置的諧響應(yīng)分析41-42
• 2.4.3 超聲振動(dòng)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)42-43
• 2.4.4 超聲振動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方法43-44
• 2.5 本章小結(jié)44-45
• 第三章 超聲振動(dòng)裝置的動(dòng)力學(xué)分析45-68
• 3.1 壓電陶瓷晶堆的有限元分析45-51
• 3.1.1 壓電陶瓷晶堆的建模45-47
• 3.1.2 壓電陶瓷晶堆的模態(tài)分析47-48
• 3.1.3 壓電陶瓷晶堆的諧響應(yīng)分析48-49
• 3.1.4 壓電陶瓷晶堆輸出位移量的影響因素49-51
• 3.2 不同類型超聲振動(dòng)裝置的動(dòng)力學(xué)分析51-59
• 3.2.1 指數(shù)形變幅桿與換能器組合的振動(dòng)裝置模態(tài)分析52-53
• 3.2.2 指數(shù)形變幅桿與換能器組合的振動(dòng)裝置諧響應(yīng)分析53-56
• 3.2.3圓錐形變幅桿與換能器組合的振動(dòng)裝置動(dòng)力學(xué)分析56-57
• 3.2.4 指數(shù)形和圓錐形超聲振動(dòng)裝置的對比分析57-58
• 3.2.5 兩種超聲加工用振動(dòng)裝置振幅測量與對比試驗(yàn)58-59
• 3.3 階梯形變幅桿與換能器組合的振動(dòng)裝置動(dòng)力學(xué)分析59-63
• 3.3.1 階梯形超聲振動(dòng)裝置的模態(tài)分析59-61
• 3.3.2 階梯形超聲振動(dòng)裝置的諧響應(yīng)分析61
• 3.3.3 過渡圓弧對階梯形超聲振動(dòng)裝置的影響61-63
• 3.4 指數(shù)形超聲振動(dòng)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)63-67
• 3.5 本章總結(jié)67-68
• 第四章 超聲復(fù)合電加工試驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建68-81
• 4.1 超聲波發(fā)生器69-70
• 4.2 變幅桿及換能器70
• 4.3 微細(xì)電極的設(shè)計(jì)與制作70-73
• 4.3.1 微細(xì)臺階圓孔凹槽形工具陰極設(shè)計(jì)與制作71
• 4.3.2 微細(xì)陣列方形凸起工具陰極的設(shè)計(jì)與制作71-72
• 4.3.3 微細(xì)針狀工具陰極的設(shè)計(jì)與制作72-73
• 4.4 電解和超聲同步斬波電路裝置73-77
• 4.4.1 超聲復(fù)合電加工同步斬波電源73-76
• 4.4.2 復(fù)合加工工作液的選擇76
• 4.4.3 工件材料的選擇76-77
• 4.5 磁懸浮工作臺進(jìn)給裝置77-78
• 4.6 加工過程中參數(shù)的測量78-80
• 4.6.1 電解電流測量分析裝置78-79
• 4.6.2 加工材料成形精度測量79-80
• 4.7 本章小結(jié)80-81
• 第五章 微細(xì)超聲復(fù)合電加工試驗(yàn)與分析81-88
• 5.1 微細(xì)超聲復(fù)合電加工試驗(yàn)準(zhǔn)備81
• 5.2 試驗(yàn)方案81
• 5.3 試驗(yàn)主要步驟81-82
• 5.4 超聲復(fù)合電加工基礎(chǔ)試驗(yàn)82-83
• 5.4.1 超聲調(diào)制同步電火花加工試驗(yàn)82
• 5.4.2 超聲調(diào)制同步電解加工試驗(yàn)82-83
• 5.5 超聲調(diào)制放電-電解加工試驗(yàn)83-87
• 5.5.1 圓環(huán)孔槽超聲同步放電-電解加工試驗(yàn)83-84
• 5.5.2 超聲放電-電解加工電壓幅值比較試驗(yàn)84-86
• 5.5.3 針狀陰極超聲放電-電解加工圓孔試驗(yàn)86
• 5.5.4 陣列方孔電極的超聲放電-電解加工試驗(yàn)86-87
• 5.6 本章小結(jié)87-88
• 第六章 總結(jié)與展望88-90
• 6.1 工作總結(jié)88-89
• 6.2 工作展望89-90
• 參考文獻(xiàn)90-93
• 致謝93-94
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果94-95

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張日升;超聲振動(dòng)研磨試驗(yàn)[J];光學(xué)技術(shù);1986年01期

2 馮瑋,楊書田,王更周,王運(yùn)啟;超聲在水介質(zhì)中傳播時(shí)的H_2發(fā)射實(shí)驗(yàn)研究[J];中國地震;1987年02期

3 陳鋒,何德s，

本文編號：850614