难加工材料超声珩磨加工的机理及试验研究

摘要

超声珩磨加工机理及声振系统的研究是现代切削技术及应用的一个重要研究方向，目的是突破传统的单一纵向振动，实现纵弯、纵扭、双弯曲复合振动。复合振动中刀具独特的运动轨迹不但有助于排屑，而且有利于切削液对加工区进行冷却、润滑、清洗，避免切屑对已加工表面的划伤，提高加工质量和加工效率。
　　本文在分析纵扭超声振动珩磨加工机理的基础上，深入研究了超声振动珩磨声振系统的物理模型和振动特性。通过对纵扭超声振动珩磨运动模型的分析，建立了纵扭超声振动珩磨振动传递系统的数学模型，借助于有限元分析软件ANSYS对模型进行了模态分析、瞬态动力学分析和谐响应分析，并运用其后处理模块对数值模拟结果进行了图形及曲线描述，为纵扭超声珩磨声振系统的结构设计和性能优化提供了理论依据。在有限元分析的基础上，对振动传递系统进行了试验研究。通过反复检测振动传递系统中传振杆、弯曲振动圆盘、斜槽等组成部分的振幅和谐振频率，找出各因素对振幅和频率的影响趋势，依据试验数据得到所设计的振动传递系统的最佳工艺参数，试验研究结果与有限元分析结果基本相符。本文利用自行设计制造的超声珩磨装置对难加工材料钛合金TC4进行了加工试验，用对比试验和正交试验的方法分析超声振动珩磨和普通珩磨的加工效果，分析加工参数变化对超声珩磨加工效果的影响，得到了钛合金在超声珩磨加工中的最佳工艺参数。本文将纵扭超声振动应用于珩磨加工，为零件内孔表面精加工提供了一种新的工艺方法。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 研究难加工材料超声珩磨加工的目的和意义

1．2 超声振动加工特点

1．3 超声振动研究的国内外现状

1．3．1 超声振动孔加工

1．3．2 超声振动表面光整加工

1．3．3 复合超声振动加工

1．4 题目来源

1．5 主要研究内容

1．6 创新点

第二章 超声振动珩磨加工的机理研究

2．1 纵扭超声珩磨的工作原理

2．1．1 纵向超声珩磨的工作原理

2．1．2 纵扭超声珩磨的工作原理

2．2 纵扭复合振动的产生机理

2．3 纵扭超声珩磨的运动分析

2．3．1 纵扭超声珩磨的运动分析

2．3．2 纵扭超声珩磨的临界速度的确定

2．4 超声珩磨的空切削现象

2．5 超声空化效应

2．5．1 空化泡力学分析

2．5．2 空化泡作用

2．6 纵扭超声珩磨的材料去除分析

2．7 本章小结

第三章 超声振动珩磨声振系统的选择与设计

3．1 超声波发生器和换能器的选用

3．2 带斜槽传振杆的变幅杆的设计

3．3 弯曲振动圆盘的设计

3．4 振动传递系统动力学分析

3．4．1 有限元分析ANSYS简介

3．4．2 带斜槽传振杆的变幅杆各个参数对纵扭振动的影响

3．4．3 模态分析

3．4．4 瞬态动力学分析

3．4．5 谐响应分析

3．5 本章小结

第四章 纵扭超声振动珩磨声振系统的试验研究

4．1 换能器的振动试验

4．2 传振杆的修正

4．3 弯曲振动圆盘的修正

4．4 斜槽的修正

4．4．1 试验目的

4．4．2 试验条件

4．4．3 试验方法

4．4．4 试验结果分析

4．5 声振系统的频率测试

4．5．1 试验目的

4．5．2 试验仪器

4．5．3 试验方法

4．5．4 试验结果分析

4．6 声振系统的纵扭振动检测

4．6．1 试验目的

4．6．2 试验仪器

4．6．3 试验方法

4．6．4 试验结果分析

4．7 本章小结

第五章 难加工材料超声振动珩磨试验研究

5．1 难加工材料性能简介

5．2 超声珩磨装置的研制

5．3 试验目的

5．4 试验条件

5．5 试验方法

5．5．1 对比试验

5．5．2 正交试验

5．6 试验结果分析

5．7 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文