超声振动磨削放电加工指标预测模型的研究

石英玻璃超声振动磨削加工技术研究发布时间：2022-10-11T09:07:32.696Z 来源：《中国科技信息》2022年6月11期作者：王辽阔1 蒋钟英2 金灵敏3 吴鲁4 阮炳松5 [导读] ：石英玻璃具有的优异性能被广泛应用在多个领域，但是由于其自身具有很高的抗压强度及抗剪强度，王辽阔1 蒋钟英2 金灵敏3 吴鲁4 阮炳松51.身份证号码：34032319880318****2.身份证号码：33062319820415****3.身份证号码：33068219931228****4.身份证号码：32080219820704****5.身份证号码：33068319880922****摘要：石英玻璃具有的优异性能被广泛应用在多个领域，但是由于其自身具有很高的抗压强度及抗剪强度，导致在机械加工时，容易产生脆性断裂和加工缺陷。

为深入研究石英玻璃的磨削机理，设计了超声和非超声条件下石英玻璃磨削三因素四水平正交试验，开展了影响因素分析和极差分析，探究主轴转速、进给速度、磨削深度对磨削力的影响规律，构建了简化磨削力模型。

通过研究实验数据发现: 磨削力随进给速度增大而增大，随磨削深度的增大而增大，随机床主轴转速的增大而减小。

在超声环境下，磨削力相对于非超声环境下减小了 40% ～ 60%，超声辅助加工对刀具的磨损较小，有利于减小加工成本。

关键词：石英玻璃；去除率；表面粗糙度；超声振动；切削力石英玻璃具有硬度高热稳定性好等特点被广泛应用于天文望远镜、航空航天飞机制造、国防科技等领域。

然而由于这类材料的硬度较高、脆性较大，加工中极易出现裂纹、崩边等问题，严重影响零件表面完整性。

目前国内外学者对玻璃类材料超声加工研究较为广泛，MohdFauziIsmail［1］等人研究了电镀金刚石砂轮有效磨粒数量、磨粒分布对表面粗糙度的影响。

AliZahedi［2］等人探究了Al2O3－ZrO2陶瓷材料的内圆超声磨削对表面质量的影响。

超声钻削的动力学模型-概述说明以及解释1.引言1.1 概述超声钻削作为一种高效的加工方法，在制造业领域得到广泛应用。

随着对材料加工要求的不断提高，超声钻削动力学模型的研究显得尤为重要。

本文旨在建立超声钻削的动力学模型，分析模型参数对钻削效果的影响，并探讨模型的应用前景和研究展望。

通过对超声钻削原理和动力学模型的深入研究，可以为超声钻削技术的进一步发展提供理论基础和技术支持。

1.2 文章结构文章结构部分内容：本文将分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分将概括介绍超声钻削的概念和背景，以及本文的目的和意义。

正文部分将详细阐述超声钻削原理、动力学模型的建立以及模型参数对钻削效果的影响。

结论部分将对整篇文章进行总结与回顾，探讨动力学模型的应用前景以及未来的研究展望。

通过对这些内容的系统阐述和分析，本文旨在深入探讨超声钻削的动力学模型，为相关领域的研究提供一定的参考和借鉴。

1.3 目的在本文中，我们的主要目的是建立超声钻削的动力学模型，并研究模型参数对钻削效果的影响。

通过深入探讨超声钻削原理和动力学模型的建立过程，我们希望能够深入了解超声钻削的工作原理和参数对钻削效果的影响机理，为超声钻削技术的应用提供理论依据和指导意见。

同时，我们还将通过总结与回顾，探讨模型的应用前景和研究展望，为超声钻削技术的进一步发展提供参考和启示。

通过本文的研究，我们希望能够为超声钻削技术的优化和改进提供理论支持和实践指导。

2.正文2.1 超声钻削原理超声钻削是一种利用超声波振动来实现高效率钻削的先进技术。

它利用超声波的高频振动作用于钻头，使得钻孔过程中的切削力得到增强，从而实现更快速、更精密的钻削过程。

超声钻削原理基于超声波的物理性质。

超声波是指频率高于20kHz 的声波，其振动频率远高于人耳的听觉范围。

通过超声波振动装置的作用，钻头在钻削过程中受到高频振动的作用，导致材料表面的微小颗粒得到削除。

这种高频振动能够增加钻头切削力，并且通过微小振动幅度实现对材料的精准控制，从而达到更精密的钻削效果。

超声振动精密磨削技术的发展1、引言随着科学技术的进步，金属间化合物、工程陶瓷、石英、光学玻璃等硬脆材料以及各种增韧、增强的新型复合材料因其高硬度、耐磨损、耐高温、化学稳定性好、耐腐蚀等优点在航空航天、国防科技、生物工程、计算机工程等尖端领域中的应用日益广泛；但由于这些材料的脆硬特性，传统加工方法已不能满足对这些材料零件的精密加工要求，，因此有关其精密超精密磨削加工技术便成为世界各国研究的热点。

超声振动精密磨削技术便是顺应这一需要而发展起来的技术之一。

超声振动磨削技术的基本原理为：由超声波发生器产生的高频电振荡信号（一般为16～25KHz）经超声换能器转换成超声频机械振动，超声振动振幅由变幅杆放大后驱动工具砂轮产生相应频率的振动，使刀具与工件之间形成周期性的切削。

即工具砂轮在旋转磨削的同时做高频振动。

超声加工技术的经历了从传统超声波加工到旋转超声波加工的发展阶段，旋转式超声加工是在传统超声加工的工具上叠加了一个旋转运动。

这种加工用水带走被去除的材料并冷却工具，不需要传统超声加工中的磨料悬浮液，因此，这种方法被广泛的运用于超声振动磨削加工中[6]。

2、超声振动磨削技术发展回顾1927 年，R.W.Wood 和 A.L.Loomis 就发表了有关超声波加工的论文，超声加工首次提出。

1945 年L.Balamuth 就申请了关于超声加工的专利。

20 世纪 50～60 年代日本学者隈部淳一郎发表了许多对振动切削进行系统研究的论文，提出了振动切削理论，并成功实现了振动磨削等加工 [8] 。

1960 年左右，英国 Hawell 原子能研究中心的科学家发明了新的超声磨削复合加工方法。

超声振动磨削加工在难加工材料和高精度零件的加工方面显示了很大的优越性。

1986 年日本学者石川健一受超声电机椭圆振动特性启发，首次提出了“椭圆振动切削方法”（elliptical vibration cutting）。

20 世纪 90 年代初，日本神户大学社本英二等人对超声椭圆振动切削技术进行了深入研究，其最具代表性的研究成果是利用金刚石刀具采用双激励双弯曲合成椭圆振动的方式对黑色金属淬火不锈钢进行精密车削，最小表面粗糙度可以达到 Ra0.0106um，不但解决了金刚石不能加工黑色金属的难题，而且使这项技术达到了实用化阶段。

超声振动辅助铣削仿真及表面性质研究现代科学技术的迅猛发展促使着新型材料领域的兴起,新型材料在市场中所占的地位越来越突出。

特别是航天、航海、电子、国防等现代工业部门对于具有高性能的新型材料更是迫切需求。

这些新材料具有高的应力应变、高硬度、高脆性、耐磨耐腐蚀等特点,更能适应现代尖端产品的性能。

虽然这些材料有着良好的机械性能,却给传统制造业带来了极大的挑战。

新的制造技术也在新型材料的驱动下不断涌现。

超声振动辅助加工就是新型制造技术当中的一个主要代表。

超声振动辅助加工是将高频率、小振幅的超声简谐运动与传统的制造技术相结合的一种特种加工技术。

超声振动辅助加工按照振动施加的方式可以划分成单方向振动辅助加工和正交式振动辅助加工。

通过施加超声振动,在加工的过程当中改变了刀具和工件两者之间的接触方式,促使切削力和表面质量均有一定程度的改善。

切削过程中由于刀具在工件上进行高频率的简谐运动,工件表面上会被加工出具有一定规律的表面微观织构,这些织构随着加工参数和振动参数的不同会呈现出很大的差异,同时也会对表面的性能产生很大的影响。

本文利用有限元仿真和实验研究的方法分析了超声振动辅助铣削加工的过程以及切削表面形貌和性质。

分析了超声振动辅助铣削加工的运动轨迹和受力情况。

利用切削仿真软件AdvantEdge对加工过程仿真进行了具体的实现。

包括加工参数的设置,材料本构参数、失效参数以及刀具和切屑接触模型的设置。

将超声振动加工与传统切削过程相对比,对比分析研究了切削加工中应力、应变、温度、切削力等参数。

变幅杆是超声振动辅助加工过程中非常关键的单元。

为了保证其在使用过程中的稳定性能,对变幅杆进行了振型分析和扫频分析。

振型分析获得变幅杆的不同阶共振频率和模态响应。

扫频分析研究其在外加超声振动载荷下的位移变化情况,提取变幅杆的端面位移,最终求解出变幅杆的放大倍数。

对铝合金2A12、45钢、Ti-6Al-4V三种材料进行超声振动辅助铣削实验。

超声振动珩磨工艺参数的试验研究引言：超声振动珩磨是一种应用超声波技术在材料加工中的新颖方法，它通过超声波的振动作用，改善了传统珩磨工艺中的一些缺陷。

为了探究超声振动珩磨工艺参数的影响规律，本文开展了一系列试验研究，并对结果进行了详细分析和总结。

一、超声振动珩磨工艺参数的选择超声振动珩磨的工艺参数包括超声振动频率、振幅、磨削压力等。

在试验前，我们通过文献调研和前期试验的基础上，选择了合适的工艺参数范围。

超声振动频率一般选择在20kHz到50kHz之间，振幅一般在10μm到50μm之间，磨削压力一般在0.5N到2N之间。

二、试验方案设计本次试验采用单因素多水平的设计方法，分别对超声振动频率、振幅和磨削压力进行了不同水平的设置。

每个参数的水平分别选取3个，共进行了27组试验。

试验中，我们选取了相同材料和磨削工具，以确保实验结果的可比性。

三、试验结果与分析通过对试验结果的统计分析，我们得到了不同工艺参数对超声振动珩磨的影响规律。

首先，超声振动频率对珩磨效果有显著影响。

随着频率的增加，磨削效率提高，磨削表面质量得到改善。

其次，振幅对珩磨效果也有重要影响。

适当增加振幅可以增加磨削去除率，但过大的振幅会导致磨削表面粗糙度增加。

最后，磨削压力对珩磨效果影响较小，增加磨削压力可以提高磨削效率，但对表面质量的改善作用有限。

四、讨论与展望通过对试验结果的分析，我们可以得出以下结论：超声振动频率、振幅和磨削压力是影响超声振动珩磨效果的重要参数。

在实际应用中，需要根据具体材料和工件的要求，选择合适的工艺参数。

此外，本次试验还存在一些不足之处，如试验样本数量较少等，需要进一步完善试验方案和进行更多的试验研究。

结论：本文通过试验研究，对超声振动珩磨工艺参数的影响规律进行了初步探究。

超声振动频率、振幅和磨削压力是影响珩磨效果的重要因素，不同工艺参数对珩磨效果的影响具有一定的规律性。

本次研究为超声振动珩磨工艺的优化提供了一定的理论依据和实验基础，对于提高材料加工效率和改善加工质量具有一定的指导意义。

超声振动切削加工的研究现状及进展摘要：简述了超声振动切削技术的发展、优点及应用领域。

通过将超声振动切削与普通切削比较以及对振动切削过程特点的描述，探讨了超声振动切削的切削机理。

文章还分析了振动切削技术的最新发展, 认为超声振动切削是一项有发展前途的新型技术。

关键词：超声振动切削；难加工材料：切削机理Research of vibration assisted turning cutting technology andIts developmentAbstract：Introduces the history, advantages and application field of the ultrasonic cutting technology(UCT). By compared with ordinary cutting and the characteristics description of the ultrasonic vibration cutting process, explored Ultrasonic vibration cutting of the cutting mechanism. The paper also analyzes an up- to- date vibrating cutting technology and summarizes that the ultrasonic vibration cutting is a promising new technology.Key Words: Ultrasonically vibrating cutting; Difficult - to - machine materials; Cutting Mechanism0 前言超声振动切削技术是把超声波振动的力有规律地加在刀具上，使刀具周期性地切削和离开工件的加工技术, 是结合超声波技术和传统切削工艺的一种新型切削技术。