ELID超声振动磨削技术开发及其实验研究

发布时间：2017-09-14 20:42

  本文关键词：ELID超声振动磨削技术开发及其实验研究

  更多相关文章： 超声ELID磨削加工 磨削力实验 变幅杆振动仿真 超声波振动台

【摘要】：现代机械制造工业中,高强度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温的工程陶瓷已广泛应用于机械、汽车、宇航等众多领域。然而工程陶瓷具有极高的硬度和脆性,其加工成形十分困难,加工成本可达到整个陶瓷元件成本的80%~90%。因此如何高效率地获得超精密的加工表面质量,同时又降低其加工成本是该领域内一直亟待解决的主要问题。目前对硬脆材料的精密超精密加工技术方面,超声精密加工技术和ELID镜面磨削技术应用较为广泛。ELID镜面磨削技术具有较高的加工精度,然而其成本较高,加工工艺较为复杂。如果能将超声波振动辅助引入到硬脆材料的加工技术中来,不仅能有效地提高陶瓷磨削表面精度,而且可以大幅地提高磨削效率。所以,将ELID精密磨削加工技术和超声振动辅助磨削技术相结合,即可形成一种新型的镜面磨削技术,在保证加工表面质量的前提下不仅可以提高加工效率,同时也大大降低硬脆材料的加工成本。本文的主要工作和成果如下:1、结合ELID的磨削加工的原理以及超声辅助加工的特点,对超声辅助ELID磨削进行理论研究。在对ELID电解原理以及单颗磨粒运动轨迹分析的基础上,建立了超声ELID复合磨削条件下的磨削力数学模型,探讨了超声波辅助对于ELID磨削力的影响。2、根据超声辅助ELID磨削加工的总体方案设计,对超声波电源进行选型,超声波换能器、超声波变幅杆以及超声波振动台的材料选择和结构设计,开发制作了磨削用超声波振动台。3、采用Solidworks软件对变幅杆以及振动台进行建模并导入ANSYS软件进行模态分析和谐响应分析,对超声波变幅杆以及超声波振动台进行模拟仿真研究。通过对振动台进行模态分析以及谐响应分析判断振动台传递振幅的效果以及对工件上的振幅值影响,根据测振实验数据对模拟仿真的结果进行验证。4、搭建了超声辅助ELID磨削加工的实验装置,对加工过程中ELID电源参数、超声波电源参数、磨削参数进行磨削实验,研究探讨各因素对超声辅助ELID磨削加工切向磨削力的影响。本文所开发设计的超声辅助ELID磨削加工工艺与技术将为硬脆材料超精密加工提供一种有效的新型加工方法,所提出的研究理论与实验将为今后这种新型加工工艺技术的实际应用提供有效的理论支持与帮助。
【关键词】：超声ELID磨削加工 磨削力实验 变幅杆振动仿真 超声波振动台
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG580.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 选题背景及课题研究意义10
• 1.2 ELID加工基本原理10-12
• 1.3 超声波加工技术12-15
• 1.4 国内外研究现状15-17
• 1.4.1 ELID磨削加工研究现状15-16
• 1.4.2 超声波辅助磨削加工现状16-17
• 1.4.3 超声辅助ELID磨削加工研究现状17
• 1.5 本文的主要研究内容17-20
• 第2章 ELID超声振动磨削技术的理论分析20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 ELID超声振动磨削技术研究20-21
• 2.3 ELID超声振动磨削技术磨削力模型的建立21-24
• 2.3.1 磨削力的组成分析21-22
• 2.3.2 切屑变形力F_(nc)和F_(tc)22-24
• 2.4 磨削过程中有效的磨粒数24-25
• 2.5 ELID对实际磨削深度的影响25-26
• 2.6 磨削力模型的建立26-27
• 2.7 本章小结27-28
• 第3章 实验装置介绍以及超声波振动台设计28-38
• 3.1 超声加工技术28
• 3.2 超声波振动系统的总体方案设计28-29
• 3.3 超声波换能器的设计及选型29-32
• 3.3.1 换能器的材料选择29
• 3.3.2 超声波换能器的结构设计29-32
• 3.4 超声波电源的设计要求与选型32-33
• 3.5 超声波变幅杆的设计33-35
• 3.5.1 变幅杆的材料选择33-34
• 3.5.2 变幅杆的结构设计34-35
• 3.6 超声波振动台的结构设计35-36
• 3.7 本章小结36-38
• 第4章 ELID超声振动台模拟仿真研究38-54
• 4.1 有限元方法简介38-40
• 4.2 变幅杆的作用40
• 4.3 变幅杆有限元分析40-46
• 4.3.1 变幅杆的有限元方法40-41
• 4.3.2 有限元法对变幅杆的模态分析41-43
• 4.3.3 有限元法对变幅杆的谐响应分析43-46
• 4.4 振动台有限元分析46-48
• 4.4.1 有限元法对振动台的方法46
• 4.4.2 有限元法对振动台的模态分析46-47
• 4.4.3 有限元法对变幅杆的谐响应分析47-48
• 4.5 超声振动振幅实验分析48-52
• 4.5.1 振幅测试实验准备49-51
• 4.5.2 振幅测试实验结果分析51-52
• 4.6 本章小结52-54
• 第5章 ELID超声振动磨削实验研究54-68
• 5.1 引言54
• 5.2 实验条件及方案54-59
• 5.2.1 实验材料及准备54-57
• 5.2.2 磨削力测量实验系统的工作原理57-59
• 5.3 磨削力测量结果分析59-60
• 5.4 实验结果分析60-66
• 5.4.1 超声波功率对超声ELID切向磨削力的影响60-62
• 5.4.2 电源参数对超声ELID切向磨削力的影响62-64
• 5.4.3 磨削参数对超声ELID切向磨削力的影响64-66
• 5.5 本章小结66-68
• 第6章 结论与展望68-70
• 6.0 结论68-69
• 6.1 创新点69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果75

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郑德友;孔凡霞;;超声振动扩孔纠偏研究[J];制造技术与机床;2013年03期

2 马世佩;;利用超声振动改善冷却液效率[J];航空工艺技术;1983年04期

3 黄文郁;朱炳森;;用超声波清洗机改装超声振动车削装置[J];机械开发;1984年04期

4 В·С·Лершun;刘作寰;;在拨管过程中应用超声振动[J];鞍山钢铁学院学报;1984年03期

5 张日升;;超声振动冲削[J];新技术新工艺;1984年06期

6 赵继;王立江;;超声振动车削表面的波谱分析[J];电加工;1986年04期

7 焦光明;汤铭权;;超声振动车削快速落刀装置的研制[J];电加工;1991年03期

8 张建中,于超,申奎东;超声振动扩孔的试验研究[J];电加工与模具;2000年06期

9 曾忠;微孔的超声振动钻削技术与工艺效果[J];机械工程师;2001年01期

10 张建中,李秀人,申奎东;超声振动干式扩孔的试验研究[J];电加工与模具;2004年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 赵继;王立江;;超声振动车削表面的波谱分析[A];第五届全国电加工学术年会论文集（特种加工篇与综合性论文篇）[C];1986年

2 招展;刘冠民;朱树新;;超声振动滚压45~#钢正交试验[A];第八届全国电加工学术年会论文集[C];1997年

3 祝锡晶;叙鸿均;;新型功率超声振动珩磨装置的研制[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年

4 杨继先;;陶瓷深孔加工的新方法——超声振动磨削[A];陕西省电加工学会第六届学术年会论文集[C];1996年

5 杨继先;杨素梅;张永宏;;超声振动车削铝基复合材料的研究[A];中国电子学会生产技术分会电加工专业委员会第六届学术年会论文集[C];2000年

6 杨继先;杨素梅;张永宏;;超声振动车削铝基复合材料的研究[A];陕西省机械工程学会电加工分会第七届学术年会论文集[C];2000年

7 陶国灿;王涛;邢栋梁;张建华;;超声振动辅助铣削表面纹理建模及其摩擦学性能优化[A];第15届全国特种加工学术会议论文集（下）[C];2013年

8 张洪丽;张金环;单绍福;;超声振动辅助磨削加工表面粗糙度[A];第15届全国特种加工学术会议论文集（下）[C];2013年

9 张勤河;张建华;张琪步;艾兴;;超声振动辅助气中放电加工实验分析[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年

10 张勤河;张建华;张琪步;艾兴;;超声振动辅助气中放电加工实验分析[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吕哲;超声振动辅助磨料水射流抛光冲蚀机理和工艺技术研究[D];山东大学;2015年

2 侯荣国;超声振动辅助磨料水射流脉动行为及其对加工机理影响机制研究[D];山东大学;2015年

3 孙智源;硬脆材料微结构光学功能表面的超声振动抛光技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

4 陶国灿;超声振动辅助铣削鱼鳞状表面成形机理及表面性能研究[D];山东大学;2016年

5 童景琳;基于非局部理论的超声振动磨削纳米复相陶瓷损伤机理研究[D];河南理工大学;2015年

6 齐海群;超声振动拉丝相关理论及其实验研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

7 张洪丽;超声振动辅助磨削技术及机理研究[D];山东大学;2007年

8 沈学会;超声振动辅助铣削加工技术及机理研究[D];山东大学;2011年

9 陆昶;聚合物共混物融合缝结构与性能及超声振动下融合缝形态演变及其机理的研究[D];四川大学;2005年

10 闫鹏;超声振动辅助磨削—脉冲放电复合加工及其控制技术研究[D];山东大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 修晓;复合超声振动拉丝的理论与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

2 王家鹏;超声振动辅助成形本构模型理论及实验研究[D];上海交通大学;2015年

3 牛群;超声振动微铣削硬脆材料加工机理研究[D];河北工业大学;2015年

4 任庆伟;超声振动辅助介观尺度半固态金属成形机理和实验研究[D];浙江大学;2016年

5 常小龙;TC4钛合金工件超声振动电火花复合加工试验研究[D];中北大学;2016年

6 陈祥;超声振动搅拌摩擦焊研究[D];东北大学;2014年

7 田梦;三维螺线超声振动磨削硬脆材料的热力耦合作用机理SPH仿真研究[D];北京理工大学;2015年

8 李洋;超声振动辅助激光熔覆制备TiC/FeAl原位涂层研究[D];华东交通大学;2016年

9 丁婕;铝合金超声振动辅助弯曲成形研究[D];山东大学;2016年

10 钟益斌;超声辅助FSW的振动施加方式与工艺实验研究[D];山东大学;2016年

，

本文编号：852251