超声辅助磨削杯形砂轮工具系统的设计与加工性能评价

发布时间：2022-02-19 19:20

　　硬质合金、陶瓷、金属基复合材料等硬脆材料在先进制造领域应用广泛,有着优异的机械、物理和化学性能,但其属于难加工材料,使用传统加工方法会产生许多加工缺陷。超声辅助磨削是一种针对硬脆材料的有效加工方式。杯形砂轮在传统磨削中应用广泛,但杯形砂轮超声振动系统的设计方法还不够完善,未广泛应用于超声磨削。本文设计了一种以杯形砂轮为磨削工具的超声辅助磨削工具系统,搭建了超声辅助磨削试验平台,以颗粒增强型铝基碳化硅复合材料为加工对象,进行了有、无超声磨削加工对比试验,为研究杯形砂轮超声辅助磨削工艺设备提供了理论与技术参考。主要研究工作如下:通过Mindlin中厚盘理论、圆锥杆、圆管纵振理论,建立了杯形砂轮变幅器的理论模型,推导了变幅器设计的频率方程。利用Matlab开发了杯形砂轮变幅器计算机辅助设计软件。利用该设计软件,设计制作了杯形砂轮变幅器,通过阻抗分析试验及超声谐振试验,验证了设计理论的正确性,可将杯形砂轮变幅器应用于超声辅助磨削。基于杯形砂轮变幅器的理论模型,结合变幅器的初始位移条件,建立了杯形砂轮变幅器的位移特性求解方程,通过变幅器设计实例,对变幅器理论、仿真、试验位移曲线进行了对比,验证了... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 杯形砂轮超声辅助磨削加工原理与应用
    1.3 超声辅助磨削国内外研究现状
        1.3.1 超声辅助磨削装备及其应用
        1.3.2 超声辅助磨削砂轮变幅器设计
        1.3.3 杯形工具变幅器设计与应用
    1.4 目前研究存在的不足
    1.5 研究意义与课题来源
    1.6 主要研究内容
2 超声辅助磨削杯形砂轮变幅器设计理论与试验验证
    2.1 杯形砂轮变幅器设计理论
        2.1.1 变幅器理论模型
        2.1.2 边界条件及频率方程
    2.2 杯形砂轮变幅器设计软件开发
        2.2.1 软件求解流程
        2.2.2 变幅器求解示例
    2.3 杯形砂轮变幅器设计与试验分析
        2.3.1 杯形砂轮变幅器设计
        2.3.2 超声振动系统阻抗特性测试
        2.3.3 超声振动系统谐振试验
    2.4 本章小结
3 杯形砂轮变幅器谐振位移特性求解分析
    3.1 杯形砂轮变幅器位移特性求解
    3.2 杯形砂轮变幅器位移特性分析
        3.2.1 理论位移曲线
        3.2.2 仿真位移曲线
        3.2.3 试验位移曲线
        3.2.4 杯形砂轮变幅器位移分布规律
    3.3 杯形砂轮超声辅助磨削运动学分析
    3.4 本章小结
4 超声辅助磨削杯形砂轮工具系统研制
    4.1 超声辅助磨削杯形砂轮变幅器设计
        4.1.1 杯形砂轮类型选择
        4.1.2 变幅器理论设计
        4.1.3 变幅器模态分析及优化
    4.2 超声辅助磨削工具系统各部件设计与选型
        4.2.1 外套筒
        4.2.2 电能传输装置
        4.2.3 固定法兰
    4.3 超声磨削工具系统振动特性试验研究
        4.3.1 阻抗特性测试
        4.3.2 超声谐振试验
        4.3.3 振幅测量试验
    4.4 本章小结
5 杯形砂轮超声辅助磨削加工试验与性能评价
    5.1 超声辅助磨削加工试验系统构建与试验方案
        5.1.1 加工试验系统构建
        5.1.2 试验方案及主要评价指标
    5.2 主轴转速与各加工评价指标的关系
        5.2.1 磨削力
        5.2.2 表面粗糙度
        5.2.3 表面形貌
    5.3 磨削深度与各加工评价指标的关系
        5.3.1 磨削力
        5.3.2 表面粗糙度
        5.3.3 表面形貌
    5.4 超声辅助磨削工具系统性能评价
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]超声加工技术研究进展[J]. 冯真鹏,肖强.  表面技术. 2020(04)
[2]超声辅助磨削杯形砂轮变幅器设计与试验[J]. 牛金荣,秦慧斌,冯毅,周瑞峰,吕明.  应用声学. 2020(03)
[3]超声磨削杯形工具变幅器的设计与试验分析[J]. 牛金荣,秦慧斌,付俊帆,吴霄,吕明.  陕西师范大学学报(自然科学版). 2018(06)
[4]硬脆单晶材料塑性域去除机理研究进展[J]. 李琛,张飞虎,张宣,饶小双.  机械工程学报. 2019(03)
[5]基于Mindlin理论的功率超声纵弯谐振变幅器设计理论与实验研究[J]. 付俊帆,秦慧斌,吕明.  振动与冲击. 2018(07)
[6]弯振圆盘中相邻模态解耦方法研究[J]. 闫秀丽,李娜,杨佳婷,卫相润,贺西平.  陕西师范大学学报(自然科学版). 2017(06)
[7]杯形工具复合变幅杆设计及振动特性分析[J]. 陈汇资,赵波,赵金坠,高国富.  振动与冲击. 2017(09)
[8]硬脆材料旋转超声加工技术的研究现状及展望[J]. 冯平法,王健健,张建富,吴志军.  机械工程学报. 2017(19)
[9]超声变幅杆与杯型工具一体化设计[J]. 马付建,董志刚,康仁科,张生芳,沙智华.  振动工程学报. 2016(02)
[10]杯形砂轮磨削氮化硅陶瓷表面形貌[J]. 王少雷,林彬,王岩,曹晓燕,张晓峰.  科学通报. 2015(03)

博士论文
[1]高体积分数SiCpAl超声辅助磨削加工工艺特性研究[D]. 梁桂强.吉林大学 2016
[2]轴向超声振动辅助磨削加工机理与试验研究[D]. 王岩.天津大学 2016
[3]旋转超声加工振动系统及电源技术研究[D]. 姚震.广东工业大学 2015
[4]基于非接触能量传输的旋转超声波加工关键技术研究[D]. 朱学明.天津大学 2015
[5]超声珩齿振动系统的非谐振设计理论与实验研究[D]. 秦慧斌.太原理工大学 2013
[6]超声辅助加工系统研发及其在复合材料加工中的应用[D]. 马付建.大连理工大学 2013

硕士论文
[1]纵扭复合振动超声磨削加工工程氧化锆陶瓷机理及工艺研究[D]. 张能.广东工业大学 2018
[2]瓷砖超声辅助磨削工艺实验研究[D]. 张娇.广东工业大学 2016
[3]瓷砖磨边机超声振动系统的设计及实验[D]. 唐岳.广东工业大学 2016
[4]超声辅助单颗粒磨削力及去除机理研究[D]. 马国峰.河南理工大学 2016
[5]非传统超声加工装置的声学特性研究[D]. 赵金坠.河南理工大学 2015
[6]旋转超声振动磨削工具系统的研制[D]. 侯岩.哈尔滨工业大学 2014
[7]超声辅助磨削碳化硅铝基复合材料[D]. 梁松.河南理工大学 2014
[8]杯形工具变幅杆振动系统研制[D]. 张冠英.大连理工大学 2012



本文编号：3633474