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《扬州大学》 2010年
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硬脆材料异形面超声微精加工工艺研究

张磊  
【摘要】: 超声加工是硬脆材料(特别是非导电硬脆材料)成形加工的一种有效方法。本文概述了超声加工技术的发展概况和国内外研究现状,阐述其技术优势与局限性。 本文探讨了超声加工机理,分析了超声空化作用及其对超声加工材料去除率、加工精度和表面粗糙度的影响规律;在解析有关超声加工材料去除速度的Miller、Shaw数学模型基础上,提出一种新的超声加工材料去除率的数学模型,论述超声加工材料去除速度M v的影响因素,同时从机理上论证各加工参数对超声加工速度、表面粗糙度和加工质量的影响规律。 设计并制作了阶梯形和特殊指数形两种变幅杆,可满足不同材料超声加工对超声振动振幅的要求;介绍了三种超声加工机的基本工作原理,分析了微位移工作台的组成、蠕动进给及稳定进给压力的原理;给出了微细超声加工效率、精度及表面精度的测量方法;构建并完善了微细超声加工系统。 微细工具头尺寸微小,精度要求高,制作难度大,其设计与制作是微细超声加工的关键技术。本文设计微细轴、微细孔、微细筋槽、阶梯孔、微轴阵列(圆形、方形、菱形)等多种端面形状工具头,采用微细电火花线切割、电火花“反拷+平动”放电等组合电加工成功制作出各种工具头,满足异形面微细超声加工试验要求。 进行了微细孔超声加工不同进给压力试验,工件与工具间微接触压力有一最佳值,此时加工速度达最高;不同磨料阶梯轴超声加工特性试验及分析表明,磨粒粒度及硬度影响加工效率与精度,但不同粒度磨粒需对应合理的进给压力与超声振幅,才能达到高精度、高效率;进行不同材料微细孔、微细筋、窄槽和阵列微凹坑微细超声加工试验,试验表明材料的加工精度、表面质量及加工效率和材料特性密切相关,材料的强度和断裂韧性越高,在超声波高频振动撞击及空化作用下,表层去除脆裂较小,加工精度和表面质量越高,加工速度越低;超声加工是硬脆非金属材料异形面微细加工的一种有效方法,具有很高的加工效率、精度及表面质量。 本文同时对不同特性材料异形面(压电陶瓷、合金钢、硬质合金等)进行超声加工及超声复合电解加工试验比较,试验表明超声复合电解加工对硬质合金等硬韧导电材料有更小的工具损耗,更高的加工效率,更好的加工精度与表面质量。 最后,针对加工试验中出现的主要问题进行了分析总结,并对后续研究工作提出了设想和展望。
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG663

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