旋转超声加工中局部感应式电能传输系统的设计与研究

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作者 张新茗 孙艺嘉 +2 位作者 宫虎 朱均超 张宝峰 《机床与液压》 北大核心 2025年第8期60-66,共7页

在旋转超声加工中,局部耦合结构的供电方式具有换刀灵活、调试便捷等优势,但也存在漏磁严重、耦合系数低等问题。为此,针对上下环式结构的局部感应电磁耦合器,通过有限元仿真分析了磁芯及线圈结构对耦合系数的影响规律,设计一种耦合性... 在旋转超声加工中,局部耦合结构的供电方式具有换刀灵活、调试便捷等优势,但也存在漏磁严重、耦合系数低等问题。为此,针对上下环式结构的局部感应电磁耦合器,通过有限元仿真分析了磁芯及线圈结构对耦合系数的影响规律,设计一种耦合性能良好的方片式磁芯结构的电磁耦合器。对非接触式超声电能传输系统的4种基本单边补偿结构进行分析,利用设计的电磁耦合器驱动12 mm直径硬质合金刀具,比较了不同补偿电路下局部感应式超声电能传输系统的传输特性。结果表明:通过设计的方片式电磁耦合器结合次级并联补偿方式,可以有效增大局部感应供电下超声振动系统中刀具的超声输出振幅,验证了方片式结构电磁耦合器在旋转超声加工系统中的有效性。 展开更多

关键词 旋转超声加工 非接触式供电 局部感应 磁芯优化 补偿电路

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旋转超声加工对TiBw网状钛基复合材料表面残余应力的影响

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作者 董国军 郭志清 +2 位作者 代勇 赖睿达 刘荣松 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期8-13,共6页

为研究不同切削条件下旋转超声加工对材料表面残余应力的影响,选取硼化钛晶须(TiB whiskers,TiBw)网状钛基复合材料为实验对象,使用镍基电铸金刚石砂轮进行旋转超声加工,并分析了加工后材料的表面残余应力。结果表明:由于钛基复合材料... 为研究不同切削条件下旋转超声加工对材料表面残余应力的影响,选取硼化钛晶须(TiB whiskers,TiBw)网状钛基复合材料为实验对象,使用镍基电铸金刚石砂轮进行旋转超声加工,并分析了加工后材料的表面残余应力。结果表明:由于钛基复合材料具有网状结构和优异的高温性能,使切削热和微观相变产生的残余应力较小,磨粒机械作用产生的残余应力更大。随着超声振动的引入,磨粒高频冲击工件表面,使旋转超声加工工件表面残余应力均大于普通磨削。在主轴转速n=9000 r/min,进给速度v f=8 mm/min,加工深度a p=25μm的加工参数下,旋转超声加工工件表面存在-540 MPa的残余压应力,随着主轴转速增大,残余应力显著减小,并且残余应力的影响层深度逐渐减小。超声振动的引入增大工件表面残余压应力,提高材料抗疲劳性能。 展开更多

关键词 旋转超声加工 TiBw网状增强钛基复合材料 残余应力

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超磁致伸缩旋转超声加工系统研究进展 被引量：2

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作者 张宇 兰天 +4 位作者 张翔宇 冯峰 张建富 冯平法 王健健 《电加工与模具》 北大核心 2024年第4期1-9,39,共10页

旋转超声加工是集传统旋转机加工方式和超声振动于一体的新型特种加工方法,在加工硬脆材料时具有切削力小、切削效率高、工件表面质量高、刀具寿命增长等优势。超磁致伸缩旋转超声加工系统具有相同功率条件下伸缩系数大、能量密度高等优... 旋转超声加工是集传统旋转机加工方式和超声振动于一体的新型特种加工方法,在加工硬脆材料时具有切削力小、切削效率高、工件表面质量高、刀具寿命增长等优势。超磁致伸缩旋转超声加工系统具有相同功率条件下伸缩系数大、能量密度高等优点,在大功率、大振幅研究方面的前景广阔,是目前广受关注的一种新型旋转超声系统。因此,总结了超磁致伸缩旋转超声加工系统的核心功能部件和关键设计技术,综述了当下的超磁致伸缩旋转超声加工系统振幅控制研究现状,并展望其未来发展趋势。 展开更多

关键词 旋转超声加工 超磁致伸缩材料 电学补偿 频率跟踪技术 振幅稳定性

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完全烧结氧化锆牙科陶瓷材料的旋转超声加工实验研究 被引量：17

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作者 郑侃 肖行志 +1 位作者 廖文和 刘红杰 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期1864-1869,共6页

针对口腔修复领域中大量应用的预烧结氧化锆陶瓷存在二次烧结加工工艺复杂、收缩率难以控制、断裂率高等问题,提出了采用旋转超声加工完全烧结氧化锆陶瓷的方法。开展了完全烧结氧化锆陶瓷的旋转超声加工和普通金刚石磨削加工实验,重点... 针对口腔修复领域中大量应用的预烧结氧化锆陶瓷存在二次烧结加工工艺复杂、收缩率难以控制、断裂率高等问题,提出了采用旋转超声加工完全烧结氧化锆陶瓷的方法。开展了完全烧结氧化锆陶瓷的旋转超声加工和普通金刚石磨削加工实验,重点研究了主轴转速对磨削力、最大边缘碎裂尺寸及亚表面损伤特性的影响规律。通过对比分析得到,旋转超声加工不仅能降低磨削力,有效抑制完全烧结氧化锆陶瓷材料的边缘碎裂,同时明显减少了其亚表面微裂纹,是实现完全烧结氧化锆陶瓷口腔修复体低损伤加工的新途径。 展开更多

关键词 氧化锆陶瓷 旋转超声加工 磨削加工 边缘碎裂 亚表面损伤

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旋转超声加工机床的研究 被引量：21

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作者 戴向国 傅水根 王先逵 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期289-292,共4页

介绍了一种新型旋转超声加工机床 ,该机床采用了粗精频率跟踪的智能超声波发生器 ,提出并实现了两面定位的超声变幅杆结构。实验证明 ,整个机床运行安全可靠 。

关键词 频率跟踪 两面定位系统 加工效率 旋转超声加工机床

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旋转超声加工中磨粒冲击作用的仿真分析 被引量：7

6

作者 吕东喜 王洪祥 +2 位作者 唐永健 黄燕华 张海军 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期50-55,共6页

在对单个磨粒进行动力学分析的基础上,定义了评价超声冲击作用大小的量纲一的参数K.采用光滑质点流体动力学(SPH)有限元分析方法,研究了旋转超声加工过程中磨粒的超声冲击作用对材料内部裂纹形成及扩展的影响.仿真结果表明:随着K值的增... 在对单个磨粒进行动力学分析的基础上,定义了评价超声冲击作用大小的量纲一的参数K.采用光滑质点流体动力学(SPH)有限元分析方法,研究了旋转超声加工过程中磨粒的超声冲击作用对材料内部裂纹形成及扩展的影响.仿真结果表明:随着K值的增大,斜向裂纹的倾角减小,扩展深度逐渐降低,磨粒的超声冲击作用是裂纹形成及扩展的主要原因;在切削过程中,随着切削深度的增加,切削力逐渐增大;但是当裂纹产生以后垂向冲击力急剧减小,而横向冲击力变化不大;加工中碎屑的崩碎使磨粒对工件材料具有局部微冲击作用,导致两个方向的切削力都在相对较大范围内波动. 展开更多

关键词 旋转超声加工(RUM) 光滑质点流体力学(SPH) 脆性材料 裂纹

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氧化锆陶瓷材料的旋转超声加工 被引量：13

7

作者 柴京富 李尧忠 杨卫平 《机械设计与制造》 北大核心 2010年第1期117-119,共3页

研究了用旋转超声加工的方法对氧化锆陶瓷材料进行磨削,探讨了旋转超声磨削的机理,并采用正交组合试验方法,进行了旋转超声磨削加工试验。通过试验探讨了工艺参数对表面粗糙度的影响,从而确定了一组最佳的磨削工艺参数。

关键词 氧化锆 旋转超声加工 机理 工艺

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旋转超声加工振幅与实际切削深度特性研究 被引量：8

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作者 张承龙 冯平法 吴志军 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期883-888,共6页

旋转超声加工中金刚石砂轮超声振幅大小、实际切削深度的正确判定以及工艺参数对金刚石砂轮超声振动幅度影响规律的研究对旋转超声高效精密加工有着重要意义。结合旋转超声加工(RUM)时磨粒的运动及切削特性,分析了磨粒的实际切削深度特... 旋转超声加工中金刚石砂轮超声振幅大小、实际切削深度的正确判定以及工艺参数对金刚石砂轮超声振动幅度影响规律的研究对旋转超声高效精密加工有着重要意义。结合旋转超声加工(RUM)时磨粒的运动及切削特性,分析了磨粒的实际切削深度特性,开展了实际切削深度与超声振幅关系的试验研究;通过改变主轴转速、进给速度、切削深度等工艺参数,讨论了工艺参数对加工时金刚石砂轮超声振幅特性的影响。研究表明:旋转超声面铣削加工时,超声振幅与轴向进给的有效叠加决定实际切削深度;金刚石砂轮的超声振幅具有一定的稳定性,可以有效确保旋转超声加工工件的尺寸精度。 展开更多

关键词 机械制造工艺与设备 旋转超声加工 端面铣削 实际切深 超声振幅

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旋转超声加工振动系统的研究 被引量：16

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作者 张向慧 钱桦 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2010年第4期218-221,共4页

利用振动理论进行旋转超声振动系统的结构设计,可以获得振动系统的放大系数,应力分布和速度分布等重要参数。并把ANSYS有限元分析软件应用于简单的阶梯形变幅杆进行模态分析,得到共振频率19575Hz,设计误差仅为2.12%,证明其有限元方法能... 利用振动理论进行旋转超声振动系统的结构设计,可以获得振动系统的放大系数,应力分布和速度分布等重要参数。并把ANSYS有限元分析软件应用于简单的阶梯形变幅杆进行模态分析,得到共振频率19575Hz,设计误差仅为2.12%,证明其有限元方法能够满足旋转振动系统的工程设计要求,从而提高其设计的效率和可靠性。 展开更多

关键词 旋转超声加工 超声振动系统 超声换能器 变幅杆 工具杆

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旋转超声加工中的频率跟踪技术研究 被引量：6

10

作者 姚震 郭钟宁 +1 位作者 张永俊 张伟涛 《机床与液压》 北大核心 2013年第21期5-7,共3页

针对旋转超声加工的特点,设计旋转超声电源的匹配电路,分析换能器的阻抗特性和频率特性。提出利用最大电流法进行扫频、利用锁相环技术进行频率跟踪的方法和动态调整匹配电感和驱动频率的控制策略。并通过实验验证提出的频率跟踪方法可... 针对旋转超声加工的特点,设计旋转超声电源的匹配电路,分析换能器的阻抗特性和频率特性。提出利用最大电流法进行扫频、利用锁相环技术进行频率跟踪的方法和动态调整匹配电感和驱动频率的控制策略。并通过实验验证提出的频率跟踪方法可行有效,能消除温度、负载变化对换能器谐振工作的影响。 展开更多

关键词 旋转超声加工 频率跟踪 感应供电 动态匹配

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用于旋转超声加工的超声波发生器频率跟踪策略 被引量：5

11

作者 马付建 焦首岳 +3 位作者 刘宇 康仁科 张生芳 沙智华 《中国工程机械学报》 北大核心 2020年第5期377-383,共7页

针对旋转超声加工中采用无线传输方式传递超声电能时,在超声波发生器频率跟踪电路设计中,反馈信号无法直接从超声振动单元侧直接采集的问题,基于变压器互感耦合原理,分析无线传输变压器初级与次级间电流、电压与电流相位信息的关系。建... 针对旋转超声加工中采用无线传输方式传递超声电能时,在超声波发生器频率跟踪电路设计中,反馈信号无法直接从超声振动单元侧直接采集的问题,基于变压器互感耦合原理,分析无线传输变压器初级与次级间电流、电压与电流相位信息的关系。建立利用无线传输变压器初级电流、电压与电流相位信息信号反映次级信号进行超声波发生器频率跟踪的信号采集方法,结合最大电流搜索和电压与电流相位信息锁相跟踪技术,提出了用于旋转超声加工的超声波发生器复合频率跟踪策略。对超声波发生器的信号采集与频率跟踪电路进行设计,并基于STC89C51单片机编制了频率跟踪程序,研制了用于旋转超声加工的超声波发生器,并对研制的超声波发生器在空载及加工中频率跟踪性能进行测试。结果表明:研制的超声波发生器信号在空载和旋转超声加工中频率跟踪性能稳定,可以满足实际旋转超声加工要求。 展开更多

关键词 旋转超声加工 超声无线电能传输 超声波发生器 频率跟踪

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氧化锆陶瓷旋转超声加工脆塑转变特性研究 被引量：6

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作者 杨宇辉 陈海彬 +2 位作者 马文举 赵恒 隆志力 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期90-97,共8页

目的揭示旋转超声振动对硬脆材料脆塑转变特性及工艺参数对材料脆塑转变临界切削深度的影响规律。方法以氧化锆陶瓷为研究对象,在硬脆材料压痕断裂试验基础上,从理论上分析了超声振动加工硬脆材料脆塑转变的临界条件,并进行了纵向振动... 目的揭示旋转超声振动对硬脆材料脆塑转变特性及工艺参数对材料脆塑转变临界切削深度的影响规律。方法以氧化锆陶瓷为研究对象,在硬脆材料压痕断裂试验基础上,从理论上分析了超声振动加工硬脆材料脆塑转变的临界条件,并进行了纵向振动及纵扭共振形式的旋转超声振动划痕与普通划痕对比试验。结果在相同试验条件下,超声振动划痕较普通划痕有较高的材料脆塑转变临界切削深度。适当地增大超声能量,纵扭共振比纵向振动具有更大的脆塑转变临界切削深度值;而随着进给速度的增大,纵向振动比纵扭共振具有更大的材料脆塑转变临界切削深度。结论通过不同划痕条件的对比,超声振动能有效提高氧化锆陶瓷的脆塑转变临界切削深度,增大塑性域加工范围,提高材料表面加工质量,验证了理论分析的正确性。 展开更多

关键词 氧化锆陶瓷 旋转超声加工 脆塑转变 临界切削深度 塑性域

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数控旋转超声加工机床研制及其工艺实验 被引量：5

13

作者 唐勇军 郭钟宁 +1 位作者 张永俊 陈猛 《电加工与模具》 2013年第4期46-50,59,共6页

硬脆材料的应用需求日趋强烈,旋转超声加工技术被视为其最佳的制造工艺手段之一,而国内旋转超声加工机床的核心技术相对滞后。针对三轴数控旋转超声加工机床进行了系统研究,提出了一种工具头振动和工作台振动的新型结构机床,并研制出一... 硬脆材料的应用需求日趋强烈,旋转超声加工技术被视为其最佳的制造工艺手段之一,而国内旋转超声加工机床的核心技术相对滞后。针对三轴数控旋转超声加工机床进行了系统研究,提出了一种工具头振动和工作台振动的新型结构机床,并研制出一台旋转超声加工专机。该机床可实现超声磨削、超声铣削、超声钻削和传统的拷贝式超声加工等功能。在系统工艺实验的基础上,总结出了最优的工艺参数规律,并进行大量的验证性超声加工实验,加工出了陶瓷材料、磁性材料、大理石和玻璃材料等工件,形状特征包括复杂三维型腔、异形盲孔等,验证了该机床的良好性能。 展开更多

关键词 旋转超声加工 超声铣削 超声磨削 硬脆材料 工艺实验

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旋转超声加工过程的仿真及实验 被引量：1

14

作者 唐勇军 陈猛 +1 位作者 陈春沐 张永俊 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2013年第S1期15-17,215,共4页

运用动力学有限元软件LS-DYNA建立了旋转振动冲击工件的模型,以最大主应力为断裂准则,应用生死单元方法仿真工件加工的材料去除过程以及表面应力分布。针对旋转超声加工过程中出现的入口崩边现象设计了实验,研究主轴纵向进给速度和转速... 运用动力学有限元软件LS-DYNA建立了旋转振动冲击工件的模型,以最大主应力为断裂准则,应用生死单元方法仿真工件加工的材料去除过程以及表面应力分布。针对旋转超声加工过程中出现的入口崩边现象设计了实验,研究主轴纵向进给速度和转速对崩边大小的影响,获得了减少崩边现象的加工工艺参数。实验结果表明,工件在主轴转速为1 kr/min时崩边的半径最小。主轴在固定转速的条件下,随着轴向进给速度的增加,孔的崩边范围逐渐增大,最大崩边的面积也相应增大。 展开更多

关键词 旋转超声加工 硬脆材料 有限元仿真 崩边现象

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旋转超声加工陶瓷过程中崩边的有限元分析及实验验证 被引量：5

15

作者 许俊 胡红斐 +1 位作者 唐勇军 张永俊 《电加工与模具》 2014年第4期33-37,共5页

崩边现象在旋转超声加工陶瓷材料的过程中较常见,崩边会导致工件的尺寸精度降低,甚至会影响工件形貌的完整性。通过建立二维有限元分析模型,研究了预紧力、支撑长度和材料类型等加工参数对崩边发生区域中最大主应力的影响。并利用扩展... 崩边现象在旋转超声加工陶瓷材料的过程中较常见,崩边会导致工件的尺寸精度降低,甚至会影响工件形貌的完整性。通过建立二维有限元分析模型,研究了预紧力、支撑长度和材料类型等加工参数对崩边发生区域中最大主应力的影响。并利用扩展有限元理论对旋转超声加工中产生的裂纹形貌进行了预测。在此基础上,提出了一种全支撑装夹模式,能极大地减小崩边尺寸,甚至避免崩边现象的发生,仿真结果得到了实验验证。此外,通过扩展有限元理论还得到了裂纹扩展过程中的趋势。 展开更多

关键词 旋转超声加工 陶瓷 崩边 扩展有限元 裂纹扩展

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陶瓷基复合材料旋转超声加工特性研究 被引量：2

16

作者 冯屾 戚亮 《工具技术》 北大核心 2016年第10期39-41,共3页

针对陶瓷基复合材料加工方法的优势和不足,采用旋转超声加工方法对陶瓷基复合材料进行加工,完成旋转超声加工方法与传统加工方法的对比试验。试验表明,钻削力随着主轴转速的增加而减小,随进给速度的增加而增加;扭矩随着主轴钻速的增加... 针对陶瓷基复合材料加工方法的优势和不足,采用旋转超声加工方法对陶瓷基复合材料进行加工,完成旋转超声加工方法与传统加工方法的对比试验。试验表明,钻削力随着主轴转速的增加而减小,随进给速度的增加而增加;扭矩随着主轴钻速的增加而减小,随进给速度的增加而增加;工件表面粗糙度随着主轴转速和进给速度的增加先降低后增加。超声加工方法获得的钻削力、扭矩和表面粗糙度均优于传统加工方法。 展开更多

关键词 陶瓷基复合材料 旋转超声加工 钻削力 扭矩 表面粗糙度

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多功能旋转超声加工装置的设计与优化 被引量：2

17

作者 黄帅 刘新 +2 位作者 瞿娇娇 陈发泽 徐文骥 《电加工与模具》 2013年第5期40-43,共4页

设计了一种多功能旋转超声加工装置,可使多种普通机床具有运用旋转超声加工工艺加工硬脆软材料的功能。装置的标准莫氏锥与腔体分离且易更换,超声电信号由电磁感应非接触方式传输至振动系统,振动系统的换能器和变幅杆一体化设计为复合体... 设计了一种多功能旋转超声加工装置,可使多种普通机床具有运用旋转超声加工工艺加工硬脆软材料的功能。装置的标准莫氏锥与腔体分离且易更换,超声电信号由电磁感应非接触方式传输至振动系统,振动系统的换能器和变幅杆一体化设计为复合体,并用有限元方法进行优化,工具头用热装方式与振动系统连接。 展开更多

关键词 旋转超声加工 有限元 热装方式 振动系统

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基于旋转超声加工的GFRP罐体侧壁开孔系统设计 被引量：1

18

作者 田会方 路克义 +1 位作者 吴迎峰 丁皓 《机床与液压》 北大核心 2019年第20期83-86,共4页

针对传统的玻璃钢罐体人工开孔方式存在开孔效率低、定位精度低差、开孔质量低等问题,设计一种针对GFRP罐体侧壁开孔的旋转超声加工系统。系统包含工件的输送、装夹、旋转超声主轴、进给驱动和刀具位置调整等部分,重点介绍旋转超声主轴... 针对传统的玻璃钢罐体人工开孔方式存在开孔效率低、定位精度低差、开孔质量低等问题,设计一种针对GFRP罐体侧壁开孔的旋转超声加工系统。系统包含工件的输送、装夹、旋转超声主轴、进给驱动和刀具位置调整等部分,重点介绍旋转超声主轴和进给系统。运用有限元法设计带有开孔器的变幅杆,获得满足谐振频率的变幅杆结构,并通过有限元软件对带有开孔器的变幅杆进行谐响应分析,发现刀具振动方向以轴向为主且振动幅度满足要求。 展开更多

关键词 GFRP罐体 开孔器 旋转超声加工 有限元法

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微细旋转超声加工碳化硅陶瓷的轴向力试验研究 被引量：1

19

作者 高飞 顾琳 赵万生 《电加工与模具》 2013年第2期39-41,46,共4页

对微细旋转超声加工碳化硅陶瓷过程中的轴向力展开研究,分析了主轴转速、进给率、超声振动能量对轴向力的影响。对轴向力信号的频域分析表明,其中包含了由刀具变形引起的低频力信号和由超声振动带来的高频力信号。在此基础上,分别研究... 对微细旋转超声加工碳化硅陶瓷过程中的轴向力展开研究,分析了主轴转速、进给率、超声振动能量对轴向力的影响。对轴向力信号的频域分析表明,其中包含了由刀具变形引起的低频力信号和由超声振动带来的高频力信号。在此基础上,分别研究了各工艺参数对低频力信号周期和高频力信号周期的影响和效应。此外,还分析了工具的磨损类型及轴向力对工具磨损的影响。 展开更多

关键词 微细旋转超声加工 轴向力 正交试验

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微织构阵列离散陶瓷材料旋转超声加工机理与工艺研究

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作者 陈晓晓 王恒 张文武 《电加工与模具》 2020年第3期64-68,共5页

提出离散化旋转超声加工新工艺思想,研究了材料性质与结构改变后,离散化氧化铝陶瓷超声加工机理与工艺规律,分析了加工表面质量,探讨了材料去除机理与工艺策略;优选工艺参数,进行了典型部件的加工应用。研究发现,离散化有利于弱化机械... 提出离散化旋转超声加工新工艺思想,研究了材料性质与结构改变后,离散化氧化铝陶瓷超声加工机理与工艺规律,分析了加工表面质量,探讨了材料去除机理与工艺策略;优选工艺参数,进行了典型部件的加工应用。研究发现,离散化有利于弱化机械抗力和刀具延寿,可增大切削宽度、切削深度、进给速度等工艺参量,显著提高材料去除率;调控工艺参数,融合离散化高效加工与铣磨精加工,为改善硬脆性难加工材料典型部件的加工效果提供了一种新的思路。 展开更多

关键词 微织构 陶瓷材料 旋转超声加工 表面质量 材料去除率

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