【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難題。旋轉(zhuǎn)超聲磨削是傳統(tǒng)磨削與超聲加工技術的結合,是學術界公認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,并作了工藝實驗研究,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了換能器和四段式復合變幅桿的頻率方程。利用頻率方程,設計了換能器的結構尺寸,通過對結構、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)進行結構靜力分析、模態(tài)分析、諧響應分析,研究了工具頭長度對振動子振動性能的影響。仿真結果表明,工具頭越長,諧振頻率越小,振幅越大。通過實驗研究了工具頭長度對諧振頻率的影響,其結果與仿真一致,并據(jù)此確定了工具頭的尺寸。通過實驗還研究了工具頭上螺母預緊力矩大小對振動子振動性能的影響。實驗結果表明,預緊力矩越大,諧振頻率越大,動態(tài)電阻越小。對振動子進行測量,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,設計了額定轉(zhuǎn)速10000rpm的旋轉(zhuǎn)超聲主軸。設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。設計了非接觸式感應供電裝置。用千分表對旋轉(zhuǎn)超聲主軸錐面進行了測量,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、軸向進給速度、徑向進給速度進行了研究。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。
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.6
【圖文】：

圖 1-1 工程陶瓷材料在各領域的應用igure 1-1 application of engineering ceramic materials in various fie材料具有優(yōu)異的物理和化學特性，耐磨性好，摩擦系數(shù)正因如此，導致其加工困難。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)的關鍵技術之一。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。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 陶瓷小孔磨削技術磨削較其他加工方式具有諸多優(yōu)點，例如磨削質(zhì)量好、磨具壽命長、磨削力小工精度高、設備低廉，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)過多年的科學發(fā)展，傳統(tǒng)的磨削已經(jīng)演變出了很多新技術用的小孔磨削技術有高效深磨、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 80 年代初期結合了超高速磨削和深切給磨削的特點，提出的一種先進制造技術。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)，不降低工件進給速度(0.5～10 m/min)為主藝特征，既能實現(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[過試驗發(fā)現(xiàn)，將高效深磨技術應用于陶瓷材料的加工是一種切實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。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 梁延德;梅景放;何福本;周其波;魏劍宇;;頻率修正在超聲變幅桿設計中的研究與應用[J];機械科學與技術;2015年02期

2 唐見茂;;航空航天材料發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J];航天器環(huán)境工程;2013年02期

3 黃宇婷;曲曉海;;工程陶瓷加工技術的應用與發(fā)展研究[J];北京工業(yè)職業(yè)技術學院學報;2012年04期

4 王圈庫;;新型陶瓷材料在核工業(yè)中的應用[J];機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新;2012年04期

5 嚴勇;郭力;;45鋼高效深磨磨削力的實驗研究[J];現(xiàn)代制造工程;2012年03期

6 秦雷;王麗坤;唐會彥;孫百生;;夾心式復合變幅桿換能器頻率方程的推導[J];振動與沖擊;2011年07期

7 何英;朱紅鋼;韓野;;航空發(fā)動機小孔特種加工技術[J];航空制造技術;2011年04期

8 盛曉敏;;工程陶瓷的高速深切磨削[J];世界制造技術與裝備市場;2009年05期

9 應人龍;曾莉群;顧大強;;微小孔加工技術綜述[J];機床與液壓;2008年06期

10 尚振濤;黃含;盛曉敏;宓海青;;氮化硅陶瓷的ELID高速磨削工藝試驗研究[J];湖南大學學報(自然科學版);2007年12期

相關會議論文 前1條

1 張云電;余芳;;壓電換能器和超聲聚能器諧振頻率數(shù)控修正方法[A];第九屆全國振動理論及應用學術會議論文集[C];2007年

相關博士學位論文 前4條

1 魏士亮;Si_3N_4旋轉(zhuǎn)超聲磨削加工表面微觀形貌創(chuàng)成機理及優(yōu)化技術[D];哈爾濱工程大學;2016年

2 姚震;旋轉(zhuǎn)超聲加工振動系統(tǒng)及電源技術研究[D];廣東工業(yè)大學;2015年

3 馬付建;超聲輔助加工系統(tǒng)研發(fā)及其在復合材料加工中的應用[D];大連理工大學;2013年

4 鄭書友;旋轉(zhuǎn)超聲加工機床的研制及實驗研究[D];華僑大學;2008年

相關碩士學位論文 前3條

1 侯巖;旋轉(zhuǎn)超聲振動磨削工具系統(tǒng)的研制[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

2 張松;工程陶瓷超聲磨削機理的研究[D];東北大學;2009年

3 王長昌;硬脆材料小直徑內(nèi)圓磨削特性的研究[D];天津大學;2005年

本文編號：2728541