GFRP旋转超声套孔加工轴向力试验研究

轴向力是反映孔加工过程和状态的最重要参数之一,对纤维增强复合材料的制孔质量有直接影响.为分析旋转超声套孔加工中轴向力随工艺参数的变化规律,基于旋转超声套孔加工中磨粒的运动学特性,建立钻削力数学预测模型,并对玻璃纤维增强复合材料进行孔加工试验研究.试验结果表明:轴向力随着主轴转速提升或进给速度降低呈现减小趋势,与钻削力数...     

SiC陶瓷旋转超声振动套磨制孔有限元仿真及实验研究

为解决SiC陶瓷加工时容易出现崩边、裂纹等问题,结合仿真与实验对其进行旋转超声振动套磨制孔技术研究。根据SiC陶瓷宏观力学本构模型,建立SiC陶瓷制孔仿真有限元模型并进行加工过程仿真分析,相比常规制孔,超声振动制孔的仿真轴向力最大可减小26.1%。常规加工和超声振动加工的对比实验研究表明,旋转超声振动加工可减小轴向力达32.9%,可大幅减少陶瓷材料脆性断裂,显著改善孔壁表面质量。有限元仿真与实验研究所得的轴向力在超声振动下最大相差7.5%,常规条件下两者最大相差14%,验证了有限元模型的正确性。仿真和实验研究结果表明：超声振动加工可显著减小轴向力和刀具磨损、提高刀具耐用度、改善制孔质量、降低加工成本。     

复合材料超声纵振套磨制孔研究

复合材料因其比强度高、抗疲劳腐蚀性好、结构轻等优点广泛应用于飞机结构件中。在复合材料损伤后机械螺接修理过程中,为了解决复合材料制孔时容易出现出口分层和撕裂、表面质量不高、刀具磨损快的制孔难题,在超声纵振套磨钻切削刃的运动和制孔机理分析基础上,介绍了包括纵振手钻、套磨钻、超声电源和换能器等在内的超声纵振制孔系统,通过普通套磨制孔和超声纵振套磨制孔对比试验,研究复合材料套磨制孔过程中的排屑、刀具磨损和制孔质量问题。试验结果表明,超声纵振套磨制孔增大了排屑空间,缓解了料芯堵屑,有助于排屑;有效抑制了复合材料孔口分层和撕裂,纤维以剪切断裂为主,孔表面光洁平整,提高了制孔质量;刀具外壁磨损小,内壁磨粒锋利性保持良好,提高了刀具耐用度。     

GFRP/铝合金叠层结构钻削力和分层研究

玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastics, GFRP)具有质量轻、比强度高和耐腐蚀等优异性能,广泛应用于航空航天制造领域。为了研究GFRP/铝合金叠层结构制孔时的轴向力和分层特征,开展GFRP/铝合金叠层结构钻削试验,分析主轴转速和进给速度对GFRP/铝合金叠层结构钻削力和分层特征的影响。研究结果表明,钻削力随着主轴转速的增大而减小,随着进给速度的增大而增大,建立了钻削力经验模型,实测值与理论值误差控制在3%以内,对预测钻削力提供了理论依据。主轴转速越低,进给速度越高,分层特征越明显,高转速低进给有利于减少分层并改善加工质量。     

轴向超声振动辅助磨削的磨削力建模

以单颗磨粒为对象,分析轴向超声振动下磨粒的运动特性。在此基础上,将磨削力分为切屑变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切屑变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒运动方向与主切削方向间的夹角;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数。基于此建立了轴向超声振动辅助磨削的磨削力模型。通过对21Ni Cr Mo5H进行了轴向超声振动辅助磨削的磨削力试验,确定了模型中的常数,并验证了所建模型的正确性。建立的磨削力模型是轴向超声振动辅助磨削的磨削力预测的一种有效方法,对轴向超声振动辅助磨削机理的认识具有较大意义。     

玻璃纤维与钛合金叠层的装配制孔工艺技术研究

新型高温固化环氧玻璃纤维复合材料具有高强度、高模量、耐酸碱、比量轻及韧性好等优异性能,广泛应用于航空领域。针对玻璃纤维复合材料与钛合金叠层制孔加工易出现分层、劈裂、出孔面毛刺和刀具易受损等问题,对新型玻璃纤维叠层材料的制孔工艺方案及刀具选择等进行了研究。基于玻璃纤维复合材料与钛合金叠层制孔加工性能的研究,通过对普通钻头、三尖两刃钻头及斜刃匕首钻制孔优势的试验及理论分析,制造了直刃匕首钻,并提出了逐层加工的工艺方法,有效解决了传统钛合金与复合材料叠层制孔出现的问题。     

基于有限元仿真的碳纤维复合材料螺旋铣孔研究

碳纤维复合材料传统钻孔过程中,常常出现毛刺、撕裂、分层等缺陷,螺旋铣孔作为一种新的制孔工艺,能有效减少制孔过程中出现的问题。基于ABAQUS有限元软件分别建立碳纤维复合材料螺旋铣孔和传统钻孔的三维模型,并且从轴向力和加工质量两方面进行了对比和研究。结果表明,无论是切削轴向力还是加工质量,螺旋铣孔的效果都比传统钻孔好。     

基于单颗磨粒磨削的超声振动参数与磨削参数匹配性研究

超声辅助磨削是一种适于加工陶瓷等硬脆材料的先进复合加工技术。超声辅助磨削过程中,超声振动参数与磨削用量的匹配性决定了超声振动作用对磨削过程的影响程度,目前尚缺乏深入的研究。针对这一问题,采用单颗磨粒工具对SiC陶瓷工件抛光表面进行超声辅助磨削及普通磨削试验,通过单颗磨粒磨削力、力比、磨削划痕形貌的对比,分析超声振动作用对磨削过程的影响随磨削用量变化的规律。结果表明,相同条件下单颗磨粒超声辅助磨削的磨削力与力比均小于普通磨削时;磨削用量较小时,单颗磨粒超声辅助磨削划痕形貌呈明显的锤击作用及断续磨削特征。随磨削用量的增大,超声辅助磨削过程中的锤击作用显著弱化,断续磨削特征趋于消失,两种方法之间的磨削力差异减小,即超声振动参数与磨削用量的匹配性变差。     

旋转超声磨削加工建模与仿真研究

旋转超声磨削加工结合超声加工和磨削加工的技术优势，在难加工零件的精密制造中具有较大应用潜力。根据旋转超声磨削加工机理，建立旋转超声磨削加工中材料去除体积和加工表面粗糙度的数值计算模型。基于MATLAB软件编写旋转超声磨削加工仿真程序，对材料去除体积、加工表面形貌和表面粗糙度进行仿真模拟，并探究不同加工参数对表面粗糙度和材料去除体积的影响规律。仿真结果表明：主轴转速与超声振动频率之比(n/f)对加工表面形貌和去除体积有决定性影响，n/f比值增大能够有效降低表面粗糙度和提升材料去除体积；详细探讨了磨粒直径、振幅等参数对旋转超声磨削加工表面形貌和去除体积的影响规律，并仿真模拟了参数优化前后的加工表面形貌。     

轴向超声辅助单颗CBN磨粒切削运动分析及切削力试验研究

为了研究CBN磨粒砂轮在轴向超声振动条件下的磨削特性,通过轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削试件的试验,以磨削力为研究对象,研究了轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削力,从微观角度进行磨粒的运动分析。研究表明:轴向超声辅助条件下的切削力,无论是单颗磨粒所受的法向力F_n还是切向力F_t的值均小于普通条件下的切削力。轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削运动轨迹是由刀具围绕工件的旋转运动和刀具的高频振动复合而成,其轨迹整体符合正弦曲线轨迹。通过正交试验得出,在一定条件下,轴向超声辅助下的切削力随磨粒切削速度、磨削深度的增大而增大,普通加工中随磨粒大小的增大而增大,超声加工时随磨粒增大有先增后减的趋势。此次试验研究对后期整个CBN砂轮在超声辅助条件下磨削的研究以及CBN砂轮的制备方面都有一定的意义和价值。     

旋转超声磨边机床设计与实验研究

为探究旋转超声磨边在瓷砖加工中的应用,使用ANSYS软件对旋转超声磨边机床的超声振子进行模态分析,发现谐振时工具头把纵向振动分解为纵向和径向振动.搭建了旋转超声磨边机床,包括旋转超声磨边主轴和四轴运动测试平台.并且使用机床研究了有无超声情况下主轴转速和进给速度对轴向磨削力的影响.结果表明:在瓷砖磨边过程中,低主轴转速下添加超声振动可减小轴向磨削力;不同进给速度下,旋转超声磨边的轴向磨削力比传统磨边小.     

CFRP/钛合金叠层材料超声振动辅助钻孔实验研究

采用超声辅助钻孔工艺对碳纤维复合材料(CFRP)/钛合金叠层构件的钻孔质量进行实验研究。分析了叠层材料钻孔轴向力的变化规律、超声振动及钻孔工艺参数对轴向力的影响、复合材料层的孔口形貌等。实验结果表明:叠层材料的钻孔轴向力在钻孔过程中呈现出非常大的波动,加工钛合金层时的平均轴向力比加工复合材料层时大4倍。超声振动钻孔对复合材料剥离分层引起的轴向力波动具有很好的抑制作用,但是在加工钛合金层时,超声振动并不能有效抑制钻孔轴向力的波动。在加工单层复合材料时,超声振动钻孔的质量显著好于普通钻孔,但是在加工叠层材料时,超声振动并不能显著提高钻孔质量,这主要是由于钛合金切屑对复合材料层造成的撕裂损伤导致的。     

超声平台珩磨机理分析

超声平台珩磨装置能使油石条产生超声振动,在珩磨缸套时具有磨削力小、珩磨温度低、油石不易堵塞、加工效率高等特点。对单颗磨粒在振动时产生的脉冲力,以及超声脉冲力垂直于珩磨网纹的方向分力——有效去峰力进行了分析,并用断裂力学原理来解释尺寸效应产生的机理,最后得出结论:珩磨中油石磨粒具有强大的脉冲力具有足够的能量削掉网纹峰尖成为平台,该理论对于生产实践具有重要的意义。     

工程陶瓷纵扭复合超声振动螺旋磨削 制孔表面质量研究

针对工程陶瓷传统磨削制孔存在表面质量较差等问题,对超声振动辅助加工及螺旋加工的工艺优势进行了归纳分析,提出了纵扭复合超声振动螺旋磨削制孔的加工方法。利用超声加工机床和白光干涉仪及马尔表面轮廓仪,对纵扭复合超声加工、纵向超声加工和普通磨削加工对孔表面质量的影响情况进行了研究;并进一步探究了施加纵扭复合超声振动后超声振幅、螺距、主轴转速、螺旋进给速度对加工孔表面质量的影响规律。研究结果表明:相比纵向超声加工和普通加工,纵扭复合超声加工有利于提高制孔表面质量;纵扭超声螺旋磨削加工超声振幅、螺距对孔底和孔壁表面粗糙度的影响趋势相似,主轴转速及螺旋进给速度对两者表面粗糙度的影响趋势总体上相反。     

飞机紧固孔超声振动精密加工技术研究

针对飞机蒙皮复合材料与钛合金叠层(简称复钛叠层)紧固件大孔传统手工多步制孔加工中存在的工艺路线长、加工质量不高、刀具寿命低等问题,开展了超声精密制孔技术的研究,提出了超声振动套-铰-锪的新工艺方法,并研制了超声振动制孔工具系统。实验结果表明,超声振动套-铰-锪新工艺方法及振动制孔工具系统可以高质、高效、低成本加工复钛叠层紧固件大孔,能满足飞机复钛叠层紧固孔精密装配的工业要求。     

超声激励下单颗磨粒断续切削边界研究

对超声激励复合式振动磨削加工进行单颗磨粒三维运动轨迹的建模与仿真,分析了超声激励下单颗磨粒断续切削存在的边界条件.研究结果表明,各种超声振动磨削模式下,单颗磨粒三维空间轨迹未出现断续冲击切削.通过磨削试验和观察对比试件加工表面的SEM,分析得出轴向超声振动激励所带来的单行程单颗磨粒空间正弦轨迹和单行程相邻磨粒轨迹干涉是超声磨削在切削效率和加工质量上提高的根本原因.     

二维超声振动磨削中相邻磨粒运动轨迹对加工过程的影响

充分考虑椭圆超声振动磨削中砂轮参数、加工参数和超声振动参数对相邻磨粒运动轨迹的影响,推导了椭圆振动磨削中相邻磨粒运动轨迹方程,给出了椭圆振动磨削中相邻磨粒间运动轨迹相互作用关系判据。对相邻磨粒切刃间距、相邻磨粒间径向高度差、工件进给速度、砂轮半径和超声振幅等参数对相邻磨粒间运动轨迹的影响进行了仿真分析。     

陶瓷基复合材料超声振动辅助加工技术研究现状

陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、高耐磨性和耐腐蚀性等一系列优点,在航空航天、特种防护等领域具有极大的应用前景,同时陶瓷基复合材料的高精度高效率加工依靠传统机械生产方式难以实现。超声振动辅助加工技术在陶瓷基复合材料的深小孔、薄壁和复杂型面加工等领域应用日益广泛,并形成了特有的行业体系,是精密、超精密制造领域发展的重要方向。针对近年来陶瓷基复合材料的超声振动辅助加工技术的发展状况,概述了陶瓷基复合材料和超声振动系统的研究现状,系统介绍了陶瓷基复合材料加工领域超声振动辅助磨削、钻削以及旋转超声加工和微细超声加工的应用和研究现状,并对超声振动辅助加工技术的应用趋势进行了总结和展望。     

轴向功率超声珩磨力学模型的建立及仿真

功率超声珩磨技术在发动机缸套的精密加工中能够得到较好的表面质量,其中珩磨力的大小与超声振动特点有关,是影响工件材料去除、磨削热及表面质量的重要因素之一。基于超声珩磨材料去除机理,考虑了油石表面磨粒分布规律,建立了包括材料切屑变形和磨粒与工件摩擦两种情况的超声珩磨力学模型。由力学模型仿真结果可知:功率超声珩磨磨削力与加工参数及加工过程中材料物理变化均有关,特别是材料应变率效应更加明显;在相同加工条件下,超声珩磨磨削力比普通珩磨平均降低50%以上,并且法向力与切向力比值增大,有利于材料的去除;超声振动能够减小磨粒与工件的平均动态摩擦系数,从而减小平均切向摩擦力大小,有利于提高工件表面质量;珩磨深度较主轴转速对珩磨力影响更大,当主轴转速高于620 r/min时,珩磨力开始逐渐减小。     

超声振动辅助铣磨加工工艺对Cf/SiC复合材料加工表面质量的影响

设计了两种超声振动辅助铣磨加工试验,并与普通铣磨加工方式相对比,试验研究了三种不同加工方式下铣磨难加工复合材料C_f/SiC的加工缺陷及表面粗糙度。试验结果表明:施加了纵向振动与沿进给方向振动的两种超声振动后,C_f/SiC复合材料的纤维拔出与崩边缺陷明显减少,底面凹坑缺陷也得到了有效抑制;采用纵向超声振动辅助铣磨时加工质量要优于沿进给方向超声振动辅助铣磨的加工效果。与普通铣磨相比,两种超声振动辅助铣磨均可有效降低表面粗糙度。各磨削要素对不同铣磨加工方式下C_f/SiC材料的表面粗糙度影响关系为:表面粗糙度随主轴转速增加而降低,随进给速度、磨削深度的增加而增加,随着超声振幅增大,表面粗糙度先减小后增大。研究表明,在优化的振幅下采用纵向超声振动辅助铣磨方式可以更大幅度地改善C_f/SiC复合材料的表面质量。该研究对难加工复合材料的高性能加工具有实际指导作用。