【摘要】：工程陶瓷材料具有優(yōu)異的物理特性,耐磨性好,摩擦系數(shù)低,擁有很高的硬脆特性。由于硬度高,線速度小,加工間隙小,排屑散熱困難,工具頭剛性差,工程陶瓷小孔磨削成了一大技術(shù)難題。旋轉(zhuǎn)超聲磨削是傳統(tǒng)磨削與超聲加工技術(shù)的結(jié)合,是學(xué)術(shù)界公認(rèn)的磨削陶瓷小孔廉價高效的方法之一。國內(nèi)外研究人員對此作了大量的研究,并研制了旋轉(zhuǎn)超聲磨削設(shè)備。但是國外產(chǎn)品過于昂貴,廣大中小企業(yè)望而卻步。為了推動社會生產(chǎn)力的發(fā)展,本文研制了一款旋轉(zhuǎn)超聲主軸,并作了工藝實(shí)驗(yàn)研究,主要內(nèi)容如下:基于超聲振動理論,使用解析法、矩陣傳輸法自行推導(dǎo)了換能器和四段式復(fù)合變幅桿的頻率方程。利用頻率方程,設(shè)計了換能器的結(jié)構(gòu)尺寸,通過對結(jié)構(gòu)、材料的合理簡化,計算出了變幅桿(工具頭)尺寸的大致范圍。利用ANSYS對不同長度的變幅桿(工具頭)進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析,研究了工具頭長度對振動子振動性能的影響。仿真結(jié)果表明,工具頭越長,諧振頻率越小,振幅越大。通過實(shí)驗(yàn)研究了工具頭長度對諧振頻率的影響,其結(jié)果與仿真一致,并據(jù)此確定了工具頭的尺寸。通過實(shí)驗(yàn)還研究了工具頭上螺母預(yù)緊力矩大小對振動子振動性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,預(yù)緊力矩越大,諧振頻率越大,動態(tài)電阻越小。對振動子進(jìn)行測量,其諧振頻率為40027Hz,品質(zhì)因數(shù)為635.7,動態(tài)電阻為132Ω,振幅32μm。以振動子為出發(fā)點(diǎn),設(shè)計了額定轉(zhuǎn)速10000rpm的旋轉(zhuǎn)超聲主軸。設(shè)計了一種帶錐度的翻邊法蘭,保證了振動子振動性能和安裝精度。設(shè)計了非接觸式感應(yīng)供電裝置。用千分表對旋轉(zhuǎn)超聲主軸錐面進(jìn)行了測量,徑向跳動為4μm。在旋轉(zhuǎn)超聲磨削和傳統(tǒng)磨削兩種加工方式下,對主軸轉(zhuǎn)速、軸向進(jìn)給速度、徑向進(jìn)給速度進(jìn)行了研究。研究表明,旋轉(zhuǎn)超聲磨削均較傳統(tǒng)磨削的表面粗糙度低7.8%～27.5%。同時,在兩種加工方式下還研究了超聲電源電壓對表面粗糙度的影響。研究表明,旋轉(zhuǎn)超聲磨削均較傳統(tǒng)磨削的表面粗糙度低13.7%～27.4%,在30V～80V之間,電壓越大,表面粗糙度越小。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.6
【圖文】：

圖 1-1 工程陶瓷材料在各領(lǐng)域的應(yīng)用igure 1-1 application of engineering ceramic materials in various fie材料具有優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，耐磨性好，摩擦系數(shù)正因如此，導(dǎo)致其加工困難。磨削具有加工精度高，加工[7]具有不可替代的作用。是工程陶瓷最常見的機(jī)械加工右[8]�？准庸び终剂撕艽蟊戎豙9]，其中以小孔（Φ0.5~主要表現(xiàn)為：線速度小，磨削效率低，加工質(zhì)量差；加工具頭細(xì)長，剛性差；高速情況下容易共振[12]。一直是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。尤其近幾年，隨著磨削的場合越來越多。為了克服工程陶瓷小孔磨削的困技術(shù)。小孔的磨削方法有多種。傳統(tǒng)磨削加工效率低，能耗大度高、剛性大，并不適用于小孔加工；ELID 磨削對于磨

1.2 研究背景1.2.1 陶瓷小孔磨削技術(shù)磨削較其他加工方式具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如磨削質(zhì)量好、磨具壽命長、磨削力小工精度高、設(shè)備低廉，具有不可替代的作用。但是傳統(tǒng)的磨削方式，也存在效、能耗大等不足。經(jīng)過多年的科學(xué)發(fā)展，傳統(tǒng)的磨削已經(jīng)演變出了很多新技術(shù)用的小孔磨削技術(shù)有高效深磨、ELID 磨削、旋轉(zhuǎn)超聲磨削。高效深磨[14]是德國居林公司在 20 世紀(jì) 80 年代初期結(jié)合了超高速磨削和深切給磨削的特點(diǎn)，提出的一種先進(jìn)制造技術(shù)。它采用超硬磨料砂輪，以大切深(0.10 mm)，高砂輪線速度(80～200 m/s)，不降低工件進(jìn)給速度(0.5～10 m/min)為主藝特征，既能實(shí)現(xiàn)高的切除率，又能保證高的加工表面質(zhì)量[10,15～18]。謝桂芝等[過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將高效深磨技術(shù)應(yīng)用于陶瓷材料的加工是一種切實(shí)可行的加工方法極大地提高陶瓷材料的加工效率、降低加工成本。

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本文編號：2728541