脆硬材料超声加工工艺设计及实验文档格式.docx
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II
Abstract
Asoneofspecialprocessingmethods,Ultrasoundprocessingisusedonthehardandbrittlematerialthroughultrasonicmachiningtoolsforend-frequencyultrasonicvibrationandabrasiveslurryandairacousticcavitationsrole.Whenprocessingglass,ceramic,semi-conductorgermaniumandsiliconandsoonhardbrittlematerial,therearehighprocessingefficiency,goodprocessingprecisionandsmallsurfaceroughness,andobvioustechnicalsuperiority,thereforethesupersonicprocessingapplicationismoreandmorewidespread.
Intheissue,onthebaseofanalysisanddiscussionbasicprincipleofultrasonicmachining.Designedandproducedaladder-shapedandtwospecialexponentialhorn,ultrasonicmachiningofdifferentmaterialstomeettheultrasonicvibrationamplitudeontherequest;
Micro-toolheadsizesmall,highprecision,makingitdifficulttodesignandproductmicro-ultrasonicmachiningisthekeytechnology.Thisdesignusemicro-EDMwirecutting,EDM"
anti-copy+translation"
thesuccessfulcombinationofelectricaldischargemachiningtoproduceavarietyoftoolhead,shapedtomeetthetestrequirementsofsurfacemicro-ultrasonicmachining.
Ultrasonicmachiningofmicroholesfordifferentfeedpressuretest,theworkpieceandthetoolcontactpressurebetweenthemicrohasthelowestvalue,thenthemaximumprocessingspeed;
Intheissueusetheultrasoundmachineforconnectingsystemsandultrasonicmachiningparameterstest,certifythecorrectnessofthedesignandproductionofultrasonictools
Keywords:
Ultrasonicmachining,Brittleandhardmaterials,Fundamentalsofmachiningprocess,Ultrasonicmachiningexperiments
目录
摘要......................................................I
Abstract..................................................II
目录.....................................................III
第一章:
绪论...............................................1
1.1特种加工技术概述 1
1.1.1超声加工技术的发展概况 1
1.1.2硬脆材料的超声加工 2
1.1.3本文研究内容 3
第二章超声加工工艺........................................4
2.1超声加工的原理及特点 4
2.1.1超声加工的基本原理 4
2.1.2超声加工的基本特点 5
2.1.3超声加工工件去除形式 6
2.2超声加工工艺分析 6
2.2.1超声加工速度及其影响因素 6
2.2.2超声加工加工精度、表面质量及其影响因素 10
第三章变幅杆的设计.......................................12
3.1超声变幅杆概述 12
3.1.1变幅杆形状及其特点 12
3.1.2变幅杆材料的选择 14
3.2变幅杆的设计 15
3.2.1阶梯形变幅杆的设计 15
3.2.2指数形变幅杆的设计 16
第四章工具头的设计与制作.................................19
IV
4.1工具头材料的选择 19
4.2工具头的设计 19
4.2.1工具头的形状 19
4.2.2工具头尺寸的设计 20
4.3工具头的制作 21
4.3.1平动+拷贝放电加工微细电极 22
4.3.2微细米字型筋工具头的制作 22
4.3.3微凸起工具头的制作 23
第五章超声加工试验.......................................24
5.1不同进给压力微细孔加工试验 24
5.2选择不同磨料加工试验 25
5.3不同变幅杆对加工速度的影响试验 25
5.4不同材料微细孔超声加工试验 27
5.5米字形槽、阵列方形微凹坑成型实验 27
5.5.1米字形槽的成型 27
5.5.2阵列方形微凹坑成型实验 28
第六章结论与展望.........................................29
6.1结论 29
6.2展望 29
致谢 错误!
未定义书签。
参考文献..................................................30
硬脆材料超声加工工艺设计及实验
绪论
1.1特种加工技术概述
1.1.1超声加工技术的发展概况
超声加工起源于1927年由美国物理学家R.W.Wood及L.A.Loomis发表全世界的第一篇关于超声加工原理的论文[1],而到了1945年由英国取得第一专利权之超声发生器,之后超声加工理论研究开始蓬勃发展,超声加工已应用到各种地方,如机械工业、电器工业、食品、冶金、通信等地方。
日本研究超声加工源于20世纪50年代初期[2],日本在甲府成立了专门的振动切削研究所,许多大学和科研机构也都设有这个研究课题。
日本研究超声加工的主要代表人物有两位:
一位是中央大学的岛川正宪教授,《超声工学理论和实务》是他的代表作;
另一位是宇都宫大学的隈部淳一郎《精密加工—振动切削基础和应用》是他的代表作。
日本研究人员不但把超声加工用在普通设备上,而且在精密机床、数控机床中也引入了超声振动系统,并且试图将超声加工引入超精密加工机床。
超声加工在日本已经获得近百项专利,在生产中发挥了一定的作用。
苏联的超声加工研究也比较早,50年代末60年代初已经发表过很有价值的论
[3]
文。
在超声车削、钻孔、磨削、光整加工、加工等方面均有生产应用,并取得了良
好的经济效果。
们将超声加工设备操作人员的技能等级分为五级。
为了推动超声加工的应用,1973年苏联召开了一次全国性的超声加工讨论会,充分肯定了超声加工的经济效果以及实用价值,对于这项新技术在全国的推广和应用起到了积极的作用。
60年代初,美国开始了超声加工的研究工作。
用于当时超声加工技术还很不成熟,声振系统、换能器、放生器的设计制造和质量都较差,美国的研究工作曾经停顿了10年。
70年代中期,美国在超声钻中小孔、光整加工、磨削、拉管和焊接等方面,硬件处于生产应用阶段;
超声车削、钻孔、镗孔已经处于试验性生产设备原型阶段;
通用超声振动切削系统已经供工业应用,目前已经形成部分标准。
1983年
[4]
Adithan研究磨料对孔加工的情况,发现适当的静压力负载,磨料的损耗可以降到
最低;
新鲜的研磨液在使用一段时间后必须更换,否则会降低切削率速度,磨料也
32
会从本来的尖锐形状,而慢慢被磨成圆弧状,加工精度也会跟着下降;
碳化硼磨料比碳化矽与氧化铝的磨耗来的低,主要原因是碳化硼硬度较高所致。
美国金属切削研究协会H.L.Rutan[5]在1984年发表一篇论文,利用超声来做多孔加工,加工在电子工业所用的基层板钻孔,只用一台机器,同时钻930个孔,加工时间只需8.5分钟,平均每个孔德切削时间只要0.5秒,其加工速率可与水刀及激光加工相抗衡,加工效率高得惊人。
德国和英国也对超声加工的机理和工业应用进行了大量的研究,并发表了许多有价值的论文,在生产中也得到了积极的应用。
我国超声加工的研究始于50年代末,曾经掀起过一阵群众性的超声研究热潮,但由于当时超声波放生器、换能器、声振系统很不成熟,缺乏合理的组织和持续的研究工作,很快就冷了下来。
60年代末,哈尔滨工业大学应用超声车削,加工了一批飞机上的铝制细长轴,取得了良好的切削效果。
由于我国特定的历史条件,这项新技术的研究工作中断了十多年。
1976年以后,我国再次开展了超声加工的试验研究和理论探讨工作。
吉林工业大学、广西大学及甘肃光学仪器厂等单位,率先进行超声车削设备试验及研究。
1982年,山河钢管厂、中国科学院声学研究所及上海超声波仪器厂研制成功了超声拉管设备,为我国超声加工在金属塑性加工中的应用填补了空白。
1985年,机械电子工业部第11研究生研制成功超声旋转加工机,在玻璃、陶瓷、YAG激光晶体等硬脆材料的钻孔、套料端铣、内外圆磨削及螺纹加工中,取得了优异的工艺
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