超声振动辅助磨削技术研究进展

建立了超声振动切削系统。

本文进行了超声振动辅助车削试验。

验证了振幅、切削速度与切削力的关系，验证了切削热分布的规律；并对超声波振动切削45号钢的切削参数进行了优化分析；对比了超声振动车削与普通车削的功率、表面粗糙度、切削力等；试验结果表明，振动车削可以降低切削力，表面粗糙度值在振动车削条件下明显减小。

关键词：超声波，振动切削，净切削比，有限元分析RESEACH ON ULTRASONIC VIBRATION TURNINGABSTRACTWith the development of the science and technology, precision and super-precision machining technologies have an important increasing position. For some workpieces of specific material and complex shape, it is difficult to use the conventional machining method, so non-traditional machining is developed rapidly. One of them is ultrasonic machining technology. It is indicated that ultrasonic technology has provided an huge help to improve the quality of product, reduce the costs of production, increase efficiency and so on. Now it is already entered into national defense and economy, science and technology, people’s life and other domains.Secondly, ultrasonic vibration cutting systems are studied theoretically. Net cutting time ratio r is defined, and relationship between r and cutting force is studied. The analysis indicates that the force increases as the r increases. With the software MARC, the temperature field variation rule of vibration cutting process is studied. The results of simulations show that heat dissipation when the tool comes off the workpiece is the mian reseon.Finally, the cutting experiment with and without ultrasonic vibrationis made. The superior ranges of cutting parameters are recommended. The cutting speed and ultrasonic amplitude between cutting force is verified. The results of experiments show that the cutting force and surface roughness are lower with ultrasonic vibration than without ultrasonic vibration.Keywords : ultrasonic, vibration turning, net cutting time ratio, finite element目 录摘要 (I)ABSTRACT (III)目录 (V)第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2国内外研究发展现状 (2)1.2.1 超声振动系统 (2)1.2.2 超声振动切削理论 (4)1.2.3 超声车削加工系统 (7)1.3论文的主要研究内容 (9)第二章超声波辅助振动车削理论研究 (10)2.1超声波的基本原理及特点 (10)2.2超声波加工的基本原理 (10)2.2.1超声振动切削原理 (11)2.2.2切削力 (14)2.2.3 振幅的影响 (16)2.2.4 切削速度的影响 (17)2.2.5振动车削温度场的模拟 (18)2.3本章小结 (20)第三章超声波振动辅助车削系统的建立 (22)3.1超声装置概述及其选用 (22)3.2超声波发生器的选用 (24)3.3换能器 (27)3.3.1磁致伸缩换能器 (27)3.3.2压电式换能器 (28)3.3.3 换能器的匹配与选型 (28)3.4调幅器 (29)3.5超声波车刀的设计 (31)3.5.1 超声车刀特性 (31)3.5.2 采用F.E.A方法设计刀杆 (31)3.5.3实体建模 (34)3.5.4 软件ANSYS模态分析 (35)3.5.5 分析结果 (38)3.6连接与固定方案 (46)3.7本章小结 (48)第四章超声波振动辅助车削试验研究 (49)4.1切削试验方案 (49)4.1.1切削试验系统 (49)4.1.2切削试验步骤 (54)4.2.1切削深度对切削过程的影响 (56)4.2.2进给量对切削过程的影响 (57)4.2.3切削速度对切削过程的影响 (58)4.2.4参数优化 (59)4.3试验结果验证 (62)4.3.1 对振幅影响的验证 (62)4.3.2 对转速影响的验证 (64)4.3.3对温度仿真的验证 (65)4.4本章小结 (67)第五章总结与展望 (69)5.1全文总结 (69)5.2前景展望 (69)参考文献 (71)致谢 (75)攻读硕士学位期间发表的论文 (76)第一章 绪论1.1课题背景超声技术出现在20世纪初期。

超声辅助技术在果蔬加工中的应用与研究近年来，随着科技的不断进步，超声辅助技术逐渐在各个领域展示出巨大的潜力。

在食品加工行业中，特别是在果蔬加工领域，超声辅助技术也开始崭露头角。

通过超声波的作用，果蔬的加工过程极大地得到改善。

本文将探讨超声辅助技术在果蔬加工中的应用与研究。

首先，超声辅助技术在果蔬清洁过程中的应用已经得到广泛研究和应用。

传统的果蔬清洗方法往往存在一些问题，比如无法彻底去除表面的污垢和微生物，同时还会造成果蔬受损。

而超声波的微强声波震动作用可以产生空化效应，从而增强水对果蔬表面的力量，进一步清洁果蔬，并有效减少对果蔬的物理损伤。

研究表明，超声辅助清洗方法可以显著降低果蔬表面的菌落总数和污垢含量，提高果蔬的质量和安全性。

其次，超声辅助技术在果蔬干燥领域也有着广泛的应用。

传统的果蔬干燥方法往往需要较长时间，并且会导致营养物质的流失。

而超声波的作用可以加速果蔬中水分的蒸发，提高干燥速度，同时可以在一定程度上保留果蔬中的营养成分。

研究发现，利用超声辅助技术进行果蔬干燥可以显著降低果蔬的干燥时间，同时能够保持果蔬的色泽、味道和营养价值。

除了清洁和干燥，超声辅助技术在果蔬提取过程中也有着独特的应用。

很多果蔬中含有一些有益的活性成分，如维生素、多酚类物质等，这些成分对人体健康有着积极的作用。

然而，传统的提取方法往往存在一些问题，如提取效率低、操作繁琐等。

超声辅助技术利用声波的能量可以促进果蔬中活性成分的迁移和释放，提高提取效率。

研究发现，超声辅助提取方法可以提高果蔬中活性成分的提取率，并且对果蔬的物理和化学性质几乎没有影响。

此外，超声辅助技术还被应用于果蔬加工过程中的其他方面。

例如，超声波的振荡作用可以改变果蔬的细胞结构，提高果蔬的渗透性和可溶性，从而利于果蔬的腌制和浸泡。

超声辅助技术还可以用于果蔬中潜在的品质检测，如检测果蔬中的含水量、硬度等。

研究表明，超声辅助技术在果蔬加工领域的应用还有很大的发展潜力，可以进一步改善果蔬加工的过程和质量。

超声辅助磨削GH4169高温合金工艺研究王晨旭，徐念伟，张园，康仁科，宋洪侠，鲍岩(大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连116024)摘要：针对GH4169高温合金的难加工性、砂轮磨损严重导致的加工表面质量差、效率低等问题，引入超声辅助磨削加工技术，分析了主轴转速、进给速度、磨削深度、超声振幅对磨削力、砂轮磨损及表面形貌的影响。

结果表明：超声辅助磨削能有效降低磨削力并有助于延长砂轮使用寿命；获得了超声对材料去除方式、砂轮磨损行为的影响机制，对指导GH4169高温合金工艺优化、以实现高质高效加工具有重要意义。

关键词:超声辅助磨削;磨削力;砂轮磨损;表面形貌中图分类号:TG663文献标志码:A文章编号:1009-279X(2022)01-0055-06Study on Ultrasonic Assisted Grinding Process of GH4169Superalloy WANG Chenxu,XU Nianwei,ZHANG Yuan,KANG Renke,SONG Hongxia,BAO Yan(Key Laboratory for Precision and Non-traditional Machining of Ministry of Education,Dalian University of Technology,Dalian116024,China)Abstract:Ultrasonic assisted grinding technology is introduced to solve the machining problems of GH4169superalloy,such as poor surface quality and low efficiency caused by hard machinability and serious grinding wheel wear.By analyzing the effects of spindle speed,feed rate,grinding depth and the amplitude on grinding force,grinding wheel wear and surface topography,the result shows that ultrasonic assisted grinding can effectively reduce grinding force,prolong the service life of grinding wheel and reveals the influence mechanism of ultrasonic assisted grinding on material removal mode and wheel wear behavior.It's a great significance to guide the process optimization of GH4169 superalloy to achieve high quality and high efficiency machining.Key words:ultrasonic grinding;grinding force;grinding wheel wear;surface topographyGH4169高温合金具有良好的高温强度和耐腐蚀性，在航空航天、化学能、核能等关键领域得到了广泛应用叫例如，“太行发动机-中国制造”的第三代大型军用涡轮风扇发动机，采用了以GH4169为材料制造的261个部件［2］。

超声振动辅助钻削钛合金的机理和工艺研究摘要：随着时代的发展，经济的增长，社会的进步，我国的综合国力逐渐提高，科学技术不断的改良、创新、进步，而这些改变随之而来的是我国的工业发展越来越迅速，以往的封建的旧的思想以及旧的技术、产品已近满足不了这个时代的需求，人们的生活水平不断提高，对于新兴的产品以及技术的需求越来越高，超声振动辅助钻削钛合金技术的发展就是其中之一.关键词：超声振动辅助钻削钛合金技术；机理；用途；工艺研究1.超声振动辅助钻削钛合金的机理随着科技的进步，社会的发展，超声振动辅助钻削钛合金的应用越来越普遍，其的原理基础还是应用了超声波的特点，超声波具有的特点有：特点1：超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。

特点2：超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。

特点3：超声与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应。

（治疗）超声振动辅助钻削在材料上的选择是很讲究的，超声振动辅助钻削在材料上选择钛合金的原因是因为钛合金的机械Q值高，机械损耗小，并且钛合金的机械强度大。

所以用钛合金是比较好的。

但因为钛合金的成本比铝、钢的成本要高，所以一般情况下，大部分的材料厂用铝，用钢也是可以，总的来说，这主要是更具看场合的需要来决定的。

不仅如此，钛合金的材料还具有质轻高弹，超声波衰减小的特点，更重要的是，因为钛合金具有低密度、高比强度、弹性模量低、抗阻尼性能强的特点，所以，超声振动辅助钻削在材料上选择钛合金是十分合适的，硬质合金钢和钛合金的区别一个是硬度，一个是质地。

钛合钢质地细腻而硬质合金坚硬却不细腻所以说在焊接时应该选用硬质合金钢，总的来说，超声振动辅助钻削在材料上的选择是十分重要的，选择钛合钢是十分合适的。

2.超声振动辅助钻削钛合金的工艺研究如今，全球的发展十分迅速，尤其是中国，近几年，随着社会的进步，经济的增长，超声振动辅助钻削钛合金的工艺研究有了很大的进步，可以说，超声振动辅助钻削钛合金的技术近年来进入了一个全新的时期，可以说，超声振动辅助钻削钛合金的发展前景是光明的是明朗的，但是据专家人士分析，虽然最近几年超声振动辅助钻削钛合金技术有了很大的提升，但其技术与外国相比还是存在着许多差距的，其的发展还是不够稳定，不够成熟，还是有许多的问题需要我们解决的，下面，就像大家具体的介绍一下超声振动辅助钻削钛合金的工艺研究。

超声振动深孔研磨技术研究摘要：超声振动深孔研磨是超声振动加工技术在深孔研磨中的应用，能有效的解决普通研磨过程中加工效率低﹑材料去除率低等问题，具有普通研磨不可比拟的工艺效果。

因此，研究超声振动深孔研磨技术对深孔精加工和超精加工具有重要意义。

通过理论分析和研究，建立超声振动深孔研磨磨粒运动模型并对超声振动研磨机理进行研究。

对单颗磨粒附加轴向超声振动的材料去除率理论进行了分析并建立了相应的材料去除率理论模型和振动系统各传递环节的数学模型，为振动系统的振动特性分析和结构设计提供了理论依据。

研究分析了变幅杆几何尺寸，锥形心轴，以及研磨套对振动系统的影响。

在分析超声振动深孔研磨机理的基础上，设计并制造了一套超声振动深孔研磨装置。

对制造完成的超声振动深孔研磨装置进行试振和调试，获得了良好的振动效果。

试验结果表明整个超声振动深孔研磨装置可以进行超声振动研磨。

关键词：超声振动研磨；深孔研磨；研磨机理Research on Ultrasonic Vibration Deep-hole Lapping technologyAbstract: The ultrasonic vibration deep-hole lapping is a kind of application of the ultrasonic vibration cutting technology in deep-hole lapping, which can effectively solve the problem of low machining efficiency, low material removal rate in the general lapping process, it is superior to the general lapping in craft. Therefore, the ultrasonic vibration deep-hole lapping technology has an important sense for the deep-hole finish machining and the super finish.Through theoretical analysis and research, the establishment of deep abrasive ultrasonic vibration and ultrasonic vibration grinding motion model to study the mechanism. Single grain of additional axial ultrasonic vibration theory of material removal rate were analyzed and the corresponding theoretical model of material removal rate. Transmit link's mathematical model respectively about the every parts of the vibrating system was established, it provides the theoretical basis with the vibrating system's vibratory characteristic analysis and the structural design.Analysis of the horn geometry, conical mandrel, and the ground cover’ effect on the vibration system.Based on the analysis of the ultrasonic vibration deep-hole lapping, lots of theoretical analysis. In addition, a ultrasonic vibration deep-hole lapping in stallment was designed and manufactured.Completed the manufacture of ultrasonic vibration deep hole grinding device, the sound vibration of the vibration test and debug the system, vibration get a good result. The final test indicated that the ultrasonic vibration lapping can works well.Keywords:ultrasonic vibration lapping；deep-hole lapping；lapping mechanism目录1绪论 (1)1.1 研究超声振动深孔研磨技术的目的和意义 (1)1.2 超声振动研磨加工技术的国内外研究现状 (1)1.2.1 超声振动加工技术 (1)1.2.2 超声振动研磨加工技术 (4)1.3 设计内容及基本要求 (7)1.4 设计思路 (7)2 超声振动深孔研磨机理研究 (9)2.1 普通研磨与超声振动研磨 (9)2.2 超声振动深孔研磨的机理分析 (12)2.2.1 单颗磨粒运动模型 (12)2.2.2 单颗磨粒切削运动分析 (13)2.2.3 单颗磨粒切削用量分析 (16)2.2.4 单颗磨粒材料去除率理论分析 (18)2.3 小结 (19)3 超声振动深孔研磨装置的设计与研制 (21)3.1 超声振动深孔研磨装置的设计原则 (21)3.2 超声振动深孔研磨装置声振系统的设计 (21)3.2.1 超声波发生器和换能器的选用与匹配 (21)3.2.2 超声变幅杆的设计 (25)3.2.2.1超声变幅杆的选用 (25)3.2.2.2阶梯形变幅杆的设计 (28)3.2.2.3阶梯形变幅杆与换能器和研磨工具的连接 (31)3.2.3 研磨工具的设计 (32)3.2.3.1对研磨工具的技术要求 (32)3.2.3.2铸铁研磨工具 (32)3.2.3.3 研磨工具的设计 (33)3.3 超声振动深孔研磨装置的设计 (34)3.4 小结 (36)4 超声振动深孔研磨声振系统试验研究 (37)4.1 声振系统的振动试验 (37)4.1.1 试验目的和方法 (37)4.1.2 试验内容 (39)4.1.3 试验步骤及数据记录 (40)4.1.3.1 换能器的试验 (40)4.1.3.2 变幅杆的试验 (40)4.1.3.3 锥形心轴的试验 (42)4.1.3.4 声振系统的的试验 (44)4.2 小结 (44)5结论 (45)参考文献 (46)致谢 (48)1绪论在切削加工领域，提高工件加工精度的方法很多，其中一个非常重要的研究方向在于努力减小工件加工过程中的切削力和切削热。

超声辅助加工发展现状及未来趋势分析超声辅助加工是一种利用超声波在材料加工过程中产生的力和微振动效应来提高加工效率和品质的新兴技术。

它在金属加工、陶瓷加工、玻璃加工、塑料加工等领域都有广泛应用。

本文将分析超声辅助加工的现状以及未来的发展趋势。

首先，我们来看超声辅助加工的现状。

随着加工技术的不断提升和超声辅助加工技术的逐渐成熟，越来越多的制造企业开始使用超声辅助加工技术。

超声辅助加工可以提高加工精度和表面质量，同时还能降低加工过程中的工具磨损和切削力，从而延长工具寿命。

通过超声辅助加工，可以实现对微小细节的加工，提高加工效率和加工精度，并缩短加工周期。

其次，超声辅助加工在不同领域的应用也在不断扩展。

在金属加工领域，超声辅助加工可以用来加工硬脆材料，如陶瓷、玻璃、石墨等，可以实现对高硬度材料的加工和切削。

在塑料加工领域，超声辅助加工可以用来实现对微细结构的加工，提高塑料制品的表面光洁度和尺寸精度。

在医疗领域，超声辅助加工技术可以用于植入物的制造和修复，具有很大的应用潜力。

超声辅助加工技术还具有许多优势。

首先，它可以降低热变形和应力集中现象，减少材料的退火现象，提高加工品质。

其次，超声辅助加工可以降低加工过程中的切削力和磨损，从而延长工具寿命。

此外，超声辅助加工可以减少加工过程中的切削力和振动，在一定程度上减少环境噪音和震动对设备的损坏。

在未来，超声辅助加工技术有着广阔的应用前景。

首先，随着高性能材料的不断发展和广泛应用，对高精度加工和特殊形状加工的需求也在增加。

超声辅助加工技术可以满足这一需求，提高加工精度和加工效率。

其次，随着人们对生活品质要求的提高，对制造品质和加工表面质量的要求也越来越高。

超声辅助加工技术可以实现对微细结构的加工，提高制造品质和加工表面质量。

此外，超声辅助加工技术在医疗领域也有广阔的应用前景，可以用于植入物的制造和修复。

未来随着超声辅助加工技术的不断发展和创新，它将能够适应各种复杂、高精度和高材料性能要求的加工需求。

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。

二维超声振动辅助石英玻璃磨削试验及分析石英玻璃在加工领域中是一种很具代表性的硬脆性材料，它常用于制作光学透镜，并且在医学和电子信息领域也常用到石英玻璃相关制品。

为了提高硬脆材料石英玻璃磨削加工的效率与效果，提出了选用分离式二维超声椭圆振动开式砂带磨削方式。

设计搭建了一种二维超声椭圆振动砂带装置，然后以单因素优选法设计实验找出影响加工后的石英玻璃材料的表面粗糙度的各因素，并分别研究了其影响规律。

标签：超声振动;砂带磨削;石英玻璃;表面质量1 引言石英玻璃材料长期以来作为一种具有高硬度、高稳定性、高透光性的光学材料主力军，因其在光学性能、化学稳定性和加工性能上的优良特点，如今在化工领域、航空航天领域、光学系统乃至半导体通信领域等都有着重要的应用与广阔的前景。

但石英玻璃的难加工性也逐渐引起人们的重视，其脆塑性转变临界加工深度很小，可加工性能差，加工后的表面易存在裂纹。

本文设计搭建了一种二维超声椭圆振动砂轮装置，并且以单因素优选法设计实验找出影响加工后的石英玻璃材料的表面粗糙度的各因素，并分别研究了其影响规律。

2 实验装置的搭建本实验二维超声椭圆振动磨削系统由超声振动系统、机床以及砂带进给系统三部分组成。

超声振动系统包含超声波发生器、超声波换能器、变幅杆以及加工工具头等。

砂带进给系统包括砂带、步进电机、导向带轮与收放带轮等。

超声波变幅杆是超声振动砂带磨削加工过程中的核心部件。

本实验装置首先应在一超声波变幅杆一端固定一块矩形45钢块工具头，用于固定石英玻璃材料，横向放置于实验台;另一超声波变幅杆端面固定一个圆柱形工具头用于连接砂带，将其纵向放置，两复合变幅杆共同作用可实现椭圆振动。

3 实验材料及相关参数实验前要根据实际中的磨削抛光相关经验以及振幅、进给速度等加工参数的影响公式来合理选择参考参数值或相应范围，然后通过实验分析在二维椭圆振动加工过程中，不同的加工参数对工件被加工表面的表面粗糙度的影响。

根据两种复合型变幅杆的设计参数，在本实验过程中横向的复合变幅杆换能器振动频率为28.02kHz，纵向的复合变幅杆换能器的振动频率应为28.21kHz。

超声振动加工在磨削领域国内专利技术发展趋势分析超声振动磨削技术主要应用于硬脆材料及非金属材料的加工。

超声振动的应用，实现了对难加工材料的加工，提高了加工效率和精度。

本文首先分析了超声振动加工的关键技术及其分类，再对国内的专利申请总量和分布以及各技术分支的发展趋势进行了分析，最后对超声振动磨削加工的发展进行了展望。

标签：超声振动；磨削加工；专利；发展趋势超声振动磨削加工主要由超声波发生器产生的高频电振荡信号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磨削工具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[1]。

本文将从超声振动磨削加工关键技术分析和超声振动磨削加工发展趋势两个方面进行分析。

1 超声振动磨削加工关键技术分析超声振动系统由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是超声设备的核心部分。

根据磨削工具的不同，超声振动磨削加工可分为三大类：①超声振动砂轮磨削加工，例如广东工业大学申请的专利（CN101823216A）一种超声磨削设备，②超声振动磨料加工，例如湖南大学申请的专利（CN101844320A）中涉及的一种曲面零件的精密高效抛光方法及装置，③超声振动复合加工，例如北京市电加工研究所申请的专利（CN1007135U）中涉及的一种电火花超声波复合技工方法及脉冲与超声波发生装置。

而超声振动砂轮磨削加工根据超声源的不同则又分为一维、二维、三维超声振动磨削；超声振动磨料加工利用超声振动工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料[2]，其最为典型的应用为采用超声振动抛光液去除毛刺；超声复合加工则根据复合介质的不同分为超声复合电加工和超声复合束流加工。

2 超声振动磨削加工发展趋势2.1 超声振动磨削加工发展趋势从图1超声振动磨削加工专利申请总量年度发展趋势来看，超声振动磨削加工申请自1987年在中国出现以来，其技术发展经历了三个阶段：1987-1999年为摸索阶段，在此期间国内申请量较小；2000-2010年为稳步增长阶段，在此期间随着国内超声振动加工的普及，其在磨削领域应用逐步完善；2011-2014年为大量申请阶段，随着需求量的增加，在此期间，国内的申请量出现井喷式增长。

超声振动辅助电火花铣削加工技术与机理研究就当前的现状来看，传统铣削加工手段已经无法满足当代社会可持续发展需求，因而在此基础上，为了打造良好的加工环境，应注重在实践加工活动开展过程中引入超声振动，从而实现对电火花加工过程的有效调节，即增大脉冲放电区间、减小电弧放电、增加材料去除率，达到最佳的工艺加工状态，提升整体加工水平。

本文从超声振动辅助电火花铣削加工机理分析入手，旨在引导当前加工工序开展过程中优化传统加工手段。

标签：超声；电火花；铣削加工技术；机理振动切削可以改善切削加工效果，振动车削、振动钻削、振动磨削等的研究较为广泛并已实际应用，但振动铣削的研究甚少。

本文就超声振动辅助电火花铣削加工技术与机理进行了简答的分析。

1 超声振动辅助电火花铣削加工机理超声振动辅助电火花铣削加工机理即融入快速原型制造技术、分层制造原理等，对产品进行分层加工处理，由此获取加工元件。

同时，在加工工序开展过程中为了满足元件加工要求，应于主轴头安置工具电极，且与脉冲电源两极相连，并将空气、氧气等介质置入到管状工具电极环境下，从而形成超声振动，同时通过对数控系统的操控分层扫描指定轨迹，并做好脉冲放电连续作业工作，推进电极工具伺服运动的展开，蚀除工件材料，达到工件加工目的。

即在超声振动辅助电火花铣削加工工序开展过程中对空气、氧气等介质的选择提出了更高的要求，为此，相关技术人员在实践操控过程中应提高对此问题的重视程度，同时注重采用内充液式空心管状电极，且结合底面放电方式，形成X、Y伺服运动，达到超声振动加工效果，并实现Z向的间接进给，规避电极损耗等问题的凸显，影响到铣削加工加工效果，满足加工条件。

2 超声振动辅助电火花铣削加工技术分析2.1 电火花銑削技术电火花铣削技术，即EDM，注重运用工具电极，对数控系统进行伺服操纵，同时结合加工轨迹，做好放电加工工作，且通过机械化作业方式，铣削加工元件，达到工件加工目的，提高柔性化加工特点。

表面技术第53卷第6期超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究林洁琼1，于行1，周岩1，谷岩1*，周晓勤2（1.长春工业大学 机电工程学院，长春 130000；2.吉林大学 机械与航空航天工程学院，长春 130000）摘要：目的研究切屑形成机理对加工过程的影响。

方法超声振动辅助车削技术通过刀具振动的拟间歇切削特征控制切屑尺寸和切屑形态，从而提高了加工表面质量。

针对SiCp/Al复合材料的切屑形成机理，探究常规车削和超声振动辅助车削的切屑形成过程。

研究了颗粒分布对第一变形区变形阶段的影响，以及不同加工方式下切削参数对切屑形态的影响。

最后，描述了切屑自由表面和刀-屑接触界面的颗粒损伤形式，以直观地描述常规车削与超声振动辅助车削SiCp/Al复合材料加工中切屑的形成过程。

结果通过测试加工后工件表面形貌发现超声振动辅助车削的切屑更加连续、切屑尺寸较小的加工表面粗糙度更小，常规车削的表面粗糙度为0.805 μm，超声振动辅助车削的表面粗糙度为0.404 μm，超声振动辅助车削比常规车削的表面粗糙度降低了49.8%。

结论与常规车削相比，超声振动辅助车削有利于减小切屑厚度。

超声振动辅助车削得到的切屑更加连续，避免了切屑碎裂，促进了切屑的顺利排出。

通过对切屑形态进行研究，选择最优切削参数可以有效提高工件表面质量。

关键词：超声振动辅助车削；SiCp/Al；切屑形成机理；颗粒损伤；表面完整性；粗糙度中图分类号：TG663 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)06-0144-13DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.06.013Chip Formation Mechanism and Surface Roughness of SiCp/AlComposites by Ultrasonic Vibration-assisted TurningLIN Jieqiong1, YU Hang1, ZHOU Yan1, GU Yan1*, ZHOU Xiaoqin2(1. College of Electrical Mechanical Engineering, Changchun University of Technology, Changchun 130000, China;2. School of Mechanical and Aerospace Engineering, Jilin University, Changchun 130000, China)ABSTRACT: SiCp/Al is a metal matrix composite. It has excellent properties such as wear resistance, high temperature resistance, and fatigue resistance, and is widely used in fields such as aerospace, automobiles, electronics. The excellent physical and chemical properties of SiCp/Al composite materials have attracted widespread attention from the industry.With the application of SiCp/Al composite materials in these fields, there is an urgent demand for their precision收稿日期：2023-04-06；修订日期：2023-07-03Received：2023-04-06；Revised：2023-07-03基金项目：国家自然科学基金（U19A20104）；吉林省高性能制造及检测国际科技合作重点实验室（20220502003GH）Fund：National Natural Science Foundation of China (U19A20104); Jilin Province Key Laboratory of International Science and Technology Cooperation for High Performance Manufacturing and Testing (20220502003GH)引文格式：林洁琼, 于行, 周岩, 等. 超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究[J]. 表面技术, 2024, 53(6): 144-156.LIN Jieqiong, YU Hang, ZHOU Yan, et al. Chip Formation Mechanism and Surface Roughness of SiCp/Al Composites by Ultrasonic Vibration- assisted Turning[J]. Surface Technology, 2024, 53(6): 144-156.*通信作者（Corresponding author）第53卷第6期林洁琼，等：超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究·145·machining technology, as well as research on machining methods and cutting mechanisms to improve surface quality.In the processing of SiCp/Al composite materials, the smooth discharge of chips and the prevention of chip fragmentation and adhesion on the processed surface can effectively improve the surface quality of the work piece. The effect of chip formation mechanism on the machining process was explored. Ultrasonic vibration assisted cutting technology improved the chip size and shape through the quasi-intermittent cutting characteristics of tool vibration, thereby improving the surface quality of machining. The chip morphology of SiCp/Al composite materials was analyzed through comparative experiments of conventional cutting and ultrasonic vibration assisted cutting. The particle distribution in the shear deformation zone stage and the effect of cutting parameters on chip morphology were studied.The chip morphology of conventional and ultrasonic vibration assisted cutting was compared from three aspects: feed rate, cutting depth and rotational speed. Due to the presence of SiC particles in SiCp/Al composite materials, the material began to deform along the boundaries of the particles, and the effective stress reached the material yield strength for the first time. During the deformation process, the increase of stress might cause particle movement and fracture. Therefore, during the cutting process, due to the continuous changes in the position of the particles cut by the tool, the angle of the boundary line at the beginning of deformation changed, leading to fluctuations in the shear angle within a certain range.And the chip segmentation degree Gs was introduced for quantitative comparison between conventional cutting and ultrasonic vibration assisted cutting experiments. It was found by comparison that the sawtooth degree of conventional cutting was 0.264-0.685, and the sawtooth degree of ultrasonic vibration assisted cutting was 0.085-0.364. The sawtooth shaped chips formed by ultrasonic vibration assisted cutting were not obvious, which avoided the fracture of the free surface of the chip at the crack. Finally, the particle damage forms of the chip free surface and the tool chip contact interface were described to visually describe the chip formation process in conventional cutting and ultrasonic vibration assisted cutting of SiCp/Al composites. Ultrasonic vibration assisted turning with more obvious elastic recovery was beneficial for reducing chip thickness.The chips obtained by ultrasonic vibration assisted cutting are more continuous, avoiding chip fragmentation and promoting the smooth discharge of chips. By observing the surface morphology of the work piece after processing, it is concluded that the smaller and more continuous the chip size, the smaller the surface roughness of the machined surface, while the surface roughness for conventional cutting is 0.805 μm. The surface roughness of ultrasonic vibration assisted turning is0.404 μm. Compared with traditional turning, ultrasonic vibration assisted turning can reduce surface roughness by 49.8%. Byobserving the morphology of chips and selecting the optimal cutting parameters, the surface quality of work piece processing can be effectively improved.KEY WORDS: ultrasonic vibration assisted turning; SiCp/Al; chip formation mechanism; particle damage; surface integrity;roughness近年来，以SiC、TiB等硬质颗粒为主增强的新型金属基复合材料因性能优异而在汽车等领域表现出良好的市场应用价值，然而SiC等增强颗粒的加入，导致加工过程变得困难，例如切削力急剧增大、刀具使用寿命减少以及表面质量下降等，切屑形成过程反映了SiCp/Al复合材料的加工过程，研究SiCp/Al 复合材料的切屑形成，有助于掌握SiCp/Al复合材料的加工状态，对优化SiCp/Al复合材料加工参数有重要意义[1-2]。

超声技术在材料加工中的新进展超声技术是一种非常有前途的技术，它可以在材料加工过程中起到很重要的作用。

近年来，随着科技的不断进步，超声技术也得到了不断的完善和发展。

本文主要讨论超声技术在材料加工中的新进展，包括超声振动切削、超声往复振动穿孔、超声辅助喷涂等方面。

一、超声振动切削超声振动切削是一种先进的材料加工方式。

在这种加工方式中，通过超声波来产生高强度的振动，将刀刃与工件产生较小的接触力，从而实现高效、高精度和高光洁度的切削加工。

与传统的切削方式相比，超声振动切削能够减少因切削力产生的热变形、热源等问题，在切削过程中减少了工件的变形和热效应。

同时，由于振动刀具能够切削更薄、更硬的材料，因此在加工金属、塑料和陶瓷材料方面有很广泛的应用。

近年来，随着超声技术的不断发展，超声振动切削技术也在不断优化和改进。

例如，研究人员利用超声振动切削技术开发出了一种新型的切割刀具，可以实现更高的质量和效率。

此外，还有研究人员使用超声振动切削技术加工纤维增强材料，提高了加工精度和表面质量。

二、超声往复振动穿孔超声往复振动穿孔技术是一种高效、高精度的穿孔方式。

传统的穿孔方式通常采用机械切割或激光穿孔，但由于这些方法受到材料的限制，很难达到高精度的效果。

超声往复振动穿孔技术通过超声波的作用实现穿孔，并可以在一定程度上改善传统穿孔方法的缺陷。

目前，超声往复振动穿孔技术已经在微电子、微机器人、精密制造等领域得到了广泛应用。

例如，在电子芯片的制造过程中，使用超声往复振动穿孔技术可以实现更高的精度和可靠性。

三、超声辅助喷涂超声辅助喷涂技术是一种新兴的涂层技术。

该技术通过超声波的高频振动使涂料微粒受到激励，形成颗粒的聚合体，从而形成更加均匀和致密的涂膜。

与传统的涂层方式相比，超声辅助喷涂技术可以提高涂层的质量和成形率，并且节省材料成本。

近年来，该技术已经在汽车制造、建筑物防水材料、涂料喷涂等领域得到了广泛的应用。

总体来看，超声技术在材料加工中的新进展主要集中在超声振动切削、超声往复振动穿孔和超声辅助喷涂等方面。

超声波辅助研磨技术探究超声波辅助研磨技术探究近年来，随着科技的不断进步，超声波辅助研磨技术成为了研磨领域中的一项重要技术。

它通过利用超声波的特殊效应，提高了研磨过程中的效率和质量。

本文将对超声波辅助研磨技术进行探究。

超声波辅助研磨技术是将超声波与研磨过程相结合的一种研磨方式。

超声波是指频率超过20kHz的声波，其振动频率高达数十万次每秒。

相比传统的研磨方式，超声波辅助研磨技术具有独特的优势。

首先，超声波能够产生强大的声波振动。

在超声波的作用下，研磨工具与工件之间会产生高频振动，这种振动能够有效地破坏材料表面的氧化膜和附着层，提高研磨的效率。

同时，超声波振动还可以促使研磨液中的颗粒快速流动，增加研磨面与工具之间的接触频次，从而提高研磨的质量。

其次，超声波辅助研磨技术还具有材料表面修复的作用。

在研磨过程中，由于材料表面的缺陷和磨削引起的微观伤痕，会导致材料的力学性能下降。

而超声波的振动能够促进材料分子的重新排列和结晶，修复表面的缺陷和伤痕，提高材料的表面质量和力学性能。

此外，超声波辅助研磨技术还可以减少研磨过程中的磨损。

在传统的研磨过程中，由于磨料与工件之间的摩擦，会产生大量的热量，导致磨料和工件的磨损加剧。

而超声波的振动能够减少摩擦热的产生，降低磨料和工件的摩擦系数，从而减少磨损。

然而，超声波辅助研磨技术也存在一些挑战。

首先，超声波振动的能量较大，容易对材料造成损伤。

在应用超声波辅助研磨技术时需要控制超声波的能量和频率，以避免对材料的损伤。

其次，超声波辅助研磨技术的设备成本较高，需要专门的设备进行研磨。

因此，超声波辅助研磨技术的推广和应用还需要进一步的研究和开发。

总之，超声波辅助研磨技术作为一种创新的研磨方式，具有提高研磨效率和质量的潜力。

通过合理控制超声波的能量和频率，可以有效地应用超声波辅助研磨技术进行材料表面的加工和修复。

随着科技的进步，相信超声波辅助研磨技术将在各个领域得到更广泛的应用。