超声纵振枪式气钻结构设计及仿真研究

摘要

针对传统枪式气钻钻削碳纤维复合材料时容易出现分层、毛刺、撕裂的问题,设计了一种应用于枪式气钻的超声辅助钻孔装置。通过传统解析法设计了一种阶梯型纵振超声换能器;利用PzFlex软件对超声换能器和装配了枪式气钻的换能器进行了有限元分析,结果表明两种状态下的换能器都能实现超声振动,换能器的谐振频率为33.904kHz,装配了枪式气钻的换能器的谐振频率为30.123kHz,仿真结构符合设计要求;最后对换能器进行谐振频率分析和振幅测试,结果表明换能器实际谐振频率与仿真值误差率为2.680%,纵向振幅为3μm;装配了枪式气钻的换能器实际谐振频率与仿真值误差率为7.619%,纵向振幅1.5μm;该振幅能够适用于大部分的超声加工。