超声复合电解加工振动系统研制及材料去除效率研究

发布时间：2018-06-07 08:49

  本文选题：超声振动系统研制 + 动力学分析　； 参考：《扬州大学》2016年硕士论文

【摘要】：随着科技发展进步,高新技术产品不断向小型化、高精度化方向发展,同时新型材料的不断采用,使材料越来越难加工,加工精度与表面质量要求也越来越高。对于这些问题与要求,超声复合电解加工技术因具有精度高、表面质量好、效率高等独特复合技术优势,已成为高硬度、高韧性金属零件精微加工的一种重要方法。根据超声复合电解加工技术应用现状及存在问题,本文以“超声压电振动系统设计、优化、研制以及超声复合电解加工技术材料去除效率”作为研究内容。论文分析超声振动系统的两种传统设计方法及存在问题,提出一种超声复合电解加工振动系统新设计方法。根据超声复合电解加工技术对超声振动系统的性能要求,利用超声振动理论,设计压电换能器、多种变幅杆和工具电极;理论分析、计算磁性悬浮恒接触力工作台在加工时的振动位移,与实际检测结果相比较,发现二者一致性很高且很小,加工中可忽略工作台的振动位移,简化分析与计算;另外,通过增大工作台刚度系数可使其振幅进一步减小,有利于加工过程稳定。运用ANSYS压电耦合模块,研究压电换能器中压电陶瓷片组合与输出位移幅值之间的关系；对指数形和阶梯形超声振动系统进行动力学分析,从后处理中得到位移节点、应力极大点和振动系统工具电极端面的振幅等参数,将这些参数与理论计算值相比较,可得指数形超声振动系统吻合度最高；对指数形与阶梯形超声振动系统进行优化设计,根据优化数据制作超声振动系统(压电换能器、变幅杆、工具电极)；利用激光微位移传感器检测超声振动系统工具电极端面振幅,与有限元分析结果相比较,验证了基于超声复合电解加工技术研制的超声振动系统可很好满足各种性能要求。基于压痕断裂力学,针对硬脆材料建立超声加工材料去除效率模型,分析材料去除率与各参数关系；根据法拉第定律建立硬韧导电材料在低电压、低电导率、高频脉冲电解加工时的材料去除效率模型,分析材料去除率与各加工参数的关系；研究单超声、脉冲电解两者间的相互作用关系,建立硬韧导电材料超声复合电解加工材料去除效率模型,分析超声、电解作用在复合加工过程中能量作用关系。采用组合电加工技术制作多种截面工具电极,利用研制的超声振动复合电解加工系统,进行单超声加工,验证系统工作可靠、稳定以及材料特性对材料去除效率的影响规律；进行超声复合电解加工基础试验,得出不同加工参数(占空比、电导率、电压)对材料去除效率的影响规律,验证脉冲电解材料去除效率模型的有效性；通过单超声与超声复合电解加工对比试验,探讨单超声、脉冲电解与超声复合电解三者之间材料去除效率及能量作用关系。论文最后对超声复合电解加工振动系统研制和试验研究进行总结,提出现有系统及去除效率模型的适用条件、存在问题及完善措施。
[Abstract]:According to the present situation and existing problems of ultrasonic composite electrolytic machining technology , this paper presents a new design method of ultrasonic composite electrolytic machining vibration system . According to the present situation and problems of ultrasonic composite electrolytic machining technology , this paper presents a new design method for ultrasonic composite electrolytic machining vibration system .
The dynamic analysis of the exponential and stepped ultrasonic vibration system is carried out , and the parameters such as the displacement node , the maximum stress point and the amplitude of the end face of the tool electrode of the vibration system are obtained from the post - treatment , and the parameters are compared with the theoretical calculation values , so that the coincidence degree of the exponential ultrasonic vibration system is highest ;
The ultrasonic vibration system ( piezoelectric transducer , horn and tool electrode ) is designed according to the optimized data .
The amplitude of the end face of the tool electrode of the ultrasonic vibration system is detected by the laser micro - displacement sensor , and compared with the result of the finite element analysis , the ultrasonic vibration system developed based on the ultrasonic composite electrolytic machining technology is verified to meet various performance requirements well . Based on the indentation fracture mechanics , an ultrasonic machining material removal efficiency model is established for the hard brittle material , and the removal rate of the material is analyzed and the parameter relationships are analyzed ;
establishing a material removal efficiency model of the hard and flexible conductive material at low voltage , low conductivity and high frequency pulse electrolysis according to Faraday ' s law , and analyzing the relationship between the material removal rate and each processing parameter ;
This paper deals with the interaction between single ultrasonic and pulse electrolysis , establishes the model of removing efficiency of ultrasonic composite electrolytic processing material of hard and tough conductive material , analyzes the relationship between ultrasonic and electrolytic action in the composite machining process .
The effect of different machining parameters ( duty cycle , conductivity and voltage ) on the removal efficiency of material was obtained by means of ultrasonic combined electrolysis process , and the validity of the model was verified .
This paper deals with the relationship between single - ultrasound , pulsed electrolysis and ultrasonic combined electrolysis for the removal efficiency and energy - effect relationship between single - ultrasound , pulsed electrolysis and ultrasonic combined electrolysis . Finally , the development and experimental study of ultrasonic composite electrolytic machining vibration system are summarized , and the applicable conditions , problems and improvement measures of the existing system and removal efficiency model are put forward .
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG66

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本文编号：1990587