超声辅助微细钻削精密振动装置的研究

发布时间：2017-09-08 18:05

  本文关键词：超声辅助微细钻削精密振动装置的研究

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【摘要】：随着科技的发展，现代工业对于机械的要求也在不断的提高。包括各种精细的零部件，对它们的材料、精度、外形等都有了更高的要求，因此，微细加工越来越受到人们的重视。机械特种加工方法在机械微细加工方面有着独特的优势，而机械特种加工中的超声振动辅助加工在针对陶瓷、玻璃、复合金属等硬脆材料的加工效果尤为突出。超声振动微孔钻削技术是在普通高速微孔钻削基础上结合振动切削发展形成的一项重要的微细加工和特种加工技术。使用超声振动钻削技术可以高效的加工出高质量的孔径在0.2mm以下，深径比在10左右的微孔,这些微孔广泛应用于于喷油嘴、涡轮叶片、疏水性表面以及各类微细化产品的零件上。与高速钻削相比超声振动微孔钻削过程中切屑排出情况得以改善因切屑堵塞微孔造成微细钻头断裂情况减少，微细钻头入钻、定心过程更加容易，同时微细钻头在超声振动钻削情况下受到的切削力和扭矩也会减小。 本文结合当前传统的超声振动微孔钻削的加工方式的研究的趋势以及存在的问题对超声振动微孔钻削装置进行了重新的设计和理论研究。由于目前机械微细加工中超声辅助切削尚无专门的振动机构或特殊的机床，而已有的超声振动切削装置主要是在工具头一端施加超声振动，这样一刀一装置的设计，很大程度上制约了超声振动辅助加工这一先进切削技术的推广和应用。因此本文希望研发一款用于超声振动辅助微细钻削的振动台，将超声振动施加在工件一端。这样不仅可以提高钻削微孔的加工精度，而且可以提高超声振动辅助微细加工振动装置的通用性。从而降低加工成本，使得超声振动辅助加工得到更好的应用。 本文首先概述了超声振动辅助加工的基本理论，介绍超声振动辅助加工的发展以及基本组成，总结各类超声振动装置的特点。 然后对超声振动台的主要组成部分，超声换能器、超声变幅杆、振动平台、夹具等进行了相应的计算和设计。并利用ANSYS软件进行模态分析，并对主要组成部分进行了优化设计。 其次对设计出的超声振动台在满足工程需要的前提下进行简化处理，并进行超声振动辅助微细钻削对比实验，并对实验结果进行分析。使用扫描电子显微镜观察高速微孔钻削和超声振动钻削得到的微孔孔壁，，最后得出超声振动钻削加工得到的微孔孔壁更加光滑并且微孔入口圆度好、毛刺小，加工效果更优。同时，证明所设计的超声振动辅助台是合理有效的装置，可以满足工程需求。 最后对超声振动台进行总结，并提出它存在的一些不足，并且对整个装置的适用广泛性提出新的要求。并对后续工作给出了展望。
【关键词】：超声振动 微孔钻削 超声辅助加工 有限元分析 超声振动钻削实验
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG52
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 国内外研究现状12-20
• 1.2.1 微细加工的发展12-13
• 1.2.2 超声振动辅助加工的发展概况13-16
• 1.2.3 超声振动辅助加工原理概述16
• 1.2.4 超声振动切削的振动方向选择16-17
• 1.2.5 超声振动切削的分类17-18
• 1.2.6 超声振动辅助钻削的发展18-20
• 1.3 本文工作20-23
• 第二章 超声振动辅助切削技术23-29
• 2.1 超声波及其特性23
• 2.2 超声振动辅助钻削机理23-24
• 2.3 超声振动钻削模型24-26
• 2.4 振动在切削过程中的作用26-27
• 2.5 超声振动切削特征与适用范围27-28
• 2.5.1 超声振动切削特征27-28
• 2.5.2 超声振动切削的适用范围28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 超声振动台的理论设计29-45
• 3.1 超声振动台结构和工作原理29-30
• 3.2 超声振动台几何模型30-31
• 3.3 工件的固定31-32
• 3.4 超声振动平台设计技术要求32
• 3.5 超声波换能器的设计理论32-43
• 3.5.1 超声换能器的概况32-34
• 3.5.2 超声换能器的设计34-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第四章 振动平台的动力学特性研究45-61
• 4.1 振动平台理论分析模型的建立45
• 4.2 振动平台的理论设计45-47
• 4.3 振动平台的设计和有限元分析47-60
• 4.3.1 振动平台的材料选择47
• 4.3.2 振动平台的设计计算47-48
• 4.3.3 振动平台结构的动态仿真与优化48-60
• 4.3.3.1 振动平台的动力学分析48
• 4.3.3.2 模态分析的理论48-49
• 4.3.3.3 振动平台的模态分析49-60
• 4.3.4 模型的简化60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 超声振动平台动力学实验和超声微孔钻削实验61-85
• 5.1 引言61
• 5.2 超声振动台的振动特性研究实验61-72
• 5.2.1 超声振动台谐振频率测试实验61-63
• 5.2.2 谐振频率测试实验63-69
• 5.2.3 超声振动台振幅的测定实验69-72
• 5.3 超声振动台配套夹具72-74
• 5.3.1 超声振动台配套夹具作用概述72
• 5.3.2 夹具的基本选择72-73
• 5.3.3 夹具外形设计的注意事项73-74
• 5.4 超声振动辅助微孔钻削实验中的设备74-77
• 5.5 超声振动微孔钻削对比实验研究77-84
• 5.5.1 高速微孔钻削实验78-79
• 5.5.2 超声振动微孔钻削对比实验79-80
• 5.5.3 实验结果对比80-82
• 5.5.4 微孔孔壁形貌观察以及结果分析82-84
• 5.6 本章小结84-85
• 第六章 总结与展望85-89
• 6.1 工作总结85-86
• 6.2 工作展望86-89
• 参考文献89-93
• 致谢93-95
• 攻读学位期间发表的学术论文95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：815502