碳/碳化硅材料纵扭复合超声铣削系统及加工稳定性的研究
发布时间：2020-12-16 09:40
随着碳/碳化硅材料在国防军工、航空航天以及汽车等领域应用需求的日益增多,对其零件的加工精度、表面质量以及加工效率提出了更加严苛的要求。传统的机械加工方式已无法满足碳/碳化硅材料的加工要求。超声加工技术在降低切削力、提高工件表面质量和延长刀具耐用度等方面具有显著优势,是加工碳/碳化硅材料的最有效方法。针对加工工件的特点,提出将纵扭复合超声振动与普通铣削有机结合的思路,以期获得碳/碳化硅材料的高效高质加工方法。本文针对纵扭复合超声铣削系统中的关键技术进行研究,研制了纵扭复合超声系统与无线电能传输系统,并探讨了纵扭复合超声铣削系统的加工稳定性问题,最后,通过对碳/碳化硅材料进行铣削试验,分析了纵扭复合超声铣削碳/碳化硅材料的加工性能与加工效果。本文的主要研究内容与研究成果如下:(1)针对模态叠加型纵扭复合超声换能器的应用缺陷,提出利用环槽结构具有纵振耦合和扭振隔离特性,在纵扭同频共振换能器上成功构造出简并节点,并应用有限元软件ANSYS对其模态分析,验证了设计思路的合理性;(2)对比分析表观弹性理论、一维振动理论以及有限单元法,并得出长径比可以作为一维振动理论应用范围的判断依据。基于一维振动...
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
压电换能器Fig.1-1Piezoelectrictransducer
以分为三大类[98]：(1)平行于加工工件平面的二维振动磨削，如图1-2(a)所示；(2)平行于砂轮端面的二维振动磨削，如图1-2(b)所示；(3)垂直型二维振动磨削，如图1-2(c)所示。图 1-2 不同类型的二维超声振动磨削技术Fig.1-2 Different types of two-dimensional ultrasonic vibration grinding technology日本学者Suzuki K[99,100]通过将金刚石磨粒电镀在椭圆振动超声马达的定子上制成椭圆振动砂轮，使磨粒在加工过程中能够产生二维椭圆振动。由其工作原理可知，超声椭圆振动砂轮在加工过程中同时作旋转运动和垂直进给运动，而工件沿工作台面只作平移运动，故此加工方法本质上来看还是属于在砂轮的切向振动与径向振动复合的磨削方法。赵波等将超声波振动系统与精密平面磨床(含金刚石砂轮)精密结合研发了一种二维超声振动辅助超精密金刚石砂轮磨削装置[101]。该装置利用两个相互垂直布置的压电换能器，对工件同时施加不同频率的高频振动，进而形成砂轮相对工件二维超声磨削。在此基础上，应用此装置分别对ZrO2、Al3O2、Al3O2/ZrO2、碳纤维复合材料(C/C)以及改性的氧化铝陶瓷(ZTA)等材料开展磨削试验
河南理工大学博士学位论文5. 基于运动合成原理，分析了分离型纵扭复合超声铣削加工的运动特性。之后，基于结构动力学原理，考虑纵扭复合超声振动对铣削系统动态特性的影响，建立了分离型纵扭复合超声铣削加工的动力学模型和稳定域的解析模型，在此基础上应用 MATLAB 7.1 软件进行数值分析获得了切削系统的稳定性预测图谱，并进一步分析了不同切削加工参数与模态参数对稳定性图谱的影响。6. 采用正交试验法对碳/碳化硅材料进行铣削试验，研究分析在普通铣削和纵扭复合超声铣削工况下不同铣削工艺参数对切削力，表面质量，微观形貌以及刀具磨损的影响，并得出不同目标条件下的最佳铣削工艺参数。1.6.2 本文结构框架本文的结构框架如图 1-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]分离型纵-扭复合超声铣削的稳定性分析[J]. 唐军,赵波. 兵工学报. 2015(07)
[2]一种新型纵扭复合超声振动系统的研究[J]. 唐军,赵波. 机械科学与技术. 2015(05)
[3]单激励纵扭复合超声铣削系统研究[J]. 唐军,赵波. 振动与冲击. 2015(06)
[4]超声波椭圆振动加工技术的研究进展[J]. 唐军,赵波. 金刚石与磨料磨具工程. 2014(01)
[5]化学气相渗透工艺制备陶瓷基复合材料[J]. 成来飞,张立同,梅辉,刘永胜,曾庆丰. 上海大学学报(自然科学版). 2014(01)
[6]纵-扭同频复合超声振动变幅杆设计[J]. 唐军,赵波,陈曦. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2013(06)
[7]功率超声珩磨单颗磨粒耦合颤振模型[J]. 张小强,祝锡晶,王建青,王静. 组合机床与自动化加工技术. 2013(07)
[8]不分离型超声椭圆振动切削力特性研究[J]. 李文,尹礁,吕垒平,徐明刚,张德远. 航空学报. 2013(09)
[9]预紧力对夹心式弯曲振动换能器振动特性的影响[J]. 周辰,皮钧. 机械设计与制造. 2013(05)
[10]C/SiC复合材料在超燃冲压发动机中的应用研究进展[J]. 马青松,刘海韬,潘余,刘卫东,陈朝辉. 无机材料学报. 2013(03)
博士论文
[1]超声辅助加工系统研发及其在复合材料加工中的应用[D]. 马付建.大连理工大学 2013
[2]铣削动力学—稳定性分析方法与应用[D]. 丁烨.上海交通大学 2011
[3]激光加热辅助切削氮化硅陶瓷技术的基础研究[D]. 吴雪峰.哈尔滨工业大学 2011
[4]多频率超声辅助磨削纳米氧化锆陶瓷表面/亚表面损伤机理研究[D]. 赵明利.河南理工大学 2010
[5]纵扭复合型超声电机的研究[D]. 杨淋.南京航空航天大学 2010
[6]五轴数控铣削加工几何—动力学建模与工艺参数优化[D]. 张小明.上海交通大学 2009
[7]绝缘陶瓷材料电火花加工技术及仿真研究[D]. 徐小兵.武汉理工大学 2009
[8]高速铣削稳定性及加工精度研究[D]. 宋清华.山东大学 2009
硕士论文
[1]非传统超声加工装置的声学特性研究[D]. 赵金坠.河南理工大学 2015
[2]超声振动高速铣削刀具系统稳定性的研究[D]. 任国园.河南理工大学 2012
[3]纵—扭复合振动超声深滚加工声学系统研究[D]. 韩杰.河南理工大学 2012
[4]车床切削颤振机理及试验研究[D]. 张杰.东北大学 2011
[5]铣床颤振的理论和实验研究[D]. 刘盼.天津大学 2010
[6]超声波椭圆振动切削理论研究与装置设计[D]. 王跃.太原理工大学 2010
[7]前混合水射流喷丸强化数值模拟与试验研究[D]. 吕国庆.河南理工大学 2010
[8]中部螺栓及预应力对压电换能器性能参数的影响[D]. 李军.陕西师范大学 2008
[9]超声振动系统的设计与性能参数的计算[D]. 汪彦军.陕西师范大学 2007
[10]大尺寸压电超声换能器的特性研究及有限元仿真[D]. 桑永杰.陕西师范大学 2007
本文编号：2919949
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
压电换能器Fig.1-1Piezoelectrictransducer
以分为三大类[98]：(1)平行于加工工件平面的二维振动磨削，如图1-2(a)所示；(2)平行于砂轮端面的二维振动磨削，如图1-2(b)所示；(3)垂直型二维振动磨削，如图1-2(c)所示。图 1-2 不同类型的二维超声振动磨削技术Fig.1-2 Different types of two-dimensional ultrasonic vibration grinding technology日本学者Suzuki K[99,100]通过将金刚石磨粒电镀在椭圆振动超声马达的定子上制成椭圆振动砂轮，使磨粒在加工过程中能够产生二维椭圆振动。由其工作原理可知，超声椭圆振动砂轮在加工过程中同时作旋转运动和垂直进给运动，而工件沿工作台面只作平移运动，故此加工方法本质上来看还是属于在砂轮的切向振动与径向振动复合的磨削方法。赵波等将超声波振动系统与精密平面磨床(含金刚石砂轮)精密结合研发了一种二维超声振动辅助超精密金刚石砂轮磨削装置[101]。该装置利用两个相互垂直布置的压电换能器，对工件同时施加不同频率的高频振动，进而形成砂轮相对工件二维超声磨削。在此基础上，应用此装置分别对ZrO2、Al3O2、Al3O2/ZrO2、碳纤维复合材料(C/C)以及改性的氧化铝陶瓷(ZTA)等材料开展磨削试验
河南理工大学博士学位论文5. 基于运动合成原理，分析了分离型纵扭复合超声铣削加工的运动特性。之后，基于结构动力学原理，考虑纵扭复合超声振动对铣削系统动态特性的影响，建立了分离型纵扭复合超声铣削加工的动力学模型和稳定域的解析模型，在此基础上应用 MATLAB 7.1 软件进行数值分析获得了切削系统的稳定性预测图谱，并进一步分析了不同切削加工参数与模态参数对稳定性图谱的影响。6. 采用正交试验法对碳/碳化硅材料进行铣削试验，研究分析在普通铣削和纵扭复合超声铣削工况下不同铣削工艺参数对切削力，表面质量，微观形貌以及刀具磨损的影响，并得出不同目标条件下的最佳铣削工艺参数。1.6.2 本文结构框架本文的结构框架如图 1-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]分离型纵-扭复合超声铣削的稳定性分析[J]. 唐军,赵波. 兵工学报. 2015(07)
[2]一种新型纵扭复合超声振动系统的研究[J]. 唐军,赵波. 机械科学与技术. 2015(05)
[3]单激励纵扭复合超声铣削系统研究[J]. 唐军,赵波. 振动与冲击. 2015(06)
[4]超声波椭圆振动加工技术的研究进展[J]. 唐军,赵波. 金刚石与磨料磨具工程. 2014(01)
[5]化学气相渗透工艺制备陶瓷基复合材料[J]. 成来飞,张立同,梅辉,刘永胜,曾庆丰. 上海大学学报(自然科学版). 2014(01)
[6]纵-扭同频复合超声振动变幅杆设计[J]. 唐军,赵波,陈曦. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2013(06)
[7]功率超声珩磨单颗磨粒耦合颤振模型[J]. 张小强,祝锡晶,王建青,王静. 组合机床与自动化加工技术. 2013(07)
[8]不分离型超声椭圆振动切削力特性研究[J]. 李文,尹礁,吕垒平,徐明刚,张德远. 航空学报. 2013(09)
[9]预紧力对夹心式弯曲振动换能器振动特性的影响[J]. 周辰,皮钧. 机械设计与制造. 2013(05)
[10]C/SiC复合材料在超燃冲压发动机中的应用研究进展[J]. 马青松,刘海韬,潘余,刘卫东,陈朝辉. 无机材料学报. 2013(03)
博士论文
[1]超声辅助加工系统研发及其在复合材料加工中的应用[D]. 马付建.大连理工大学 2013
[2]铣削动力学—稳定性分析方法与应用[D]. 丁烨.上海交通大学 2011
[3]激光加热辅助切削氮化硅陶瓷技术的基础研究[D]. 吴雪峰.哈尔滨工业大学 2011
[4]多频率超声辅助磨削纳米氧化锆陶瓷表面/亚表面损伤机理研究[D]. 赵明利.河南理工大学 2010
[5]纵扭复合型超声电机的研究[D]. 杨淋.南京航空航天大学 2010
[6]五轴数控铣削加工几何—动力学建模与工艺参数优化[D]. 张小明.上海交通大学 2009
[7]绝缘陶瓷材料电火花加工技术及仿真研究[D]. 徐小兵.武汉理工大学 2009
[8]高速铣削稳定性及加工精度研究[D]. 宋清华.山东大学 2009
硕士论文
[1]非传统超声加工装置的声学特性研究[D]. 赵金坠.河南理工大学 2015
[2]超声振动高速铣削刀具系统稳定性的研究[D]. 任国园.河南理工大学 2012
[3]纵—扭复合振动超声深滚加工声学系统研究[D]. 韩杰.河南理工大学 2012
[4]车床切削颤振机理及试验研究[D]. 张杰.东北大学 2011
[5]铣床颤振的理论和实验研究[D]. 刘盼.天津大学 2010
[6]超声波椭圆振动切削理论研究与装置设计[D]. 王跃.太原理工大学 2010
[7]前混合水射流喷丸强化数值模拟与试验研究[D]. 吕国庆.河南理工大学 2010
[8]中部螺栓及预应力对压电换能器性能参数的影响[D]. 李军.陕西师范大学 2008
[9]超声振动系统的设计与性能参数的计算[D]. 汪彦军.陕西师范大学 2007
[10]大尺寸压电超声换能器的特性研究及有限元仿真[D]. 桑永杰.陕西师范大学 2007
本文编号：2919949
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