SiO2氣凝膠材料超聲車削技術(shù)研究.pdf

1、SiO2氣凝膠材料作為優(yōu)質(zhì)納米材料，具有高孔隙率、強(qiáng)疏水性、低導(dǎo)熱性能等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。由于SiO2氣凝膠材料結(jié)構(gòu)特殊，屬于典型難加工材料，普通機(jī)械加工方法容易使材料出現(xiàn)破損、碎裂、表面毛刺多等現(xiàn)象。目前SiO2氣凝膠零件多采用固化成型技術(shù)制造，然而固化成型技術(shù)制造成本較高、制備工藝復(fù)雜，在一定程度上限制了SiO2氣凝膠材料的應(yīng)用。因此，本課題針對采用機(jī)械加工方法對SiO2氣凝膠零件進(jìn)行切削加工的問題，引入超聲加工方

2、法，以超聲車削SiO2氣凝膠為研究對象，設(shè)計(jì)合理的切削方法及裝置，并通過切削力試驗(yàn)驗(yàn)證了超聲切削SiO2氣凝膠材料的可行性與優(yōu)越性以及各個(gè)切削參數(shù)對切削力影響顯著程度。本課題主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）根據(jù)SiO2氣凝膠材料特點(diǎn)以及超聲振動特性，研究并設(shè)計(jì)了在施加超聲縱振時(shí)刀具垂直進(jìn)給的切削方法，并根據(jù)這種切削方法設(shè)計(jì)了配套的切削進(jìn)給裝置。其次為滿足SiO2氣凝膠材料切削加工方法并使刀具切削刃部更加鋒利，在普通刀具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上對刀

3、具切削部分結(jié)構(gòu)做出進(jìn)一步設(shè)計(jì)。
　?。?）根據(jù)超聲振動原理，設(shè)計(jì)了超聲車削SiO2氣凝膠材料振動系統(tǒng)，設(shè)計(jì)包括運(yùn)用夾心式壓電換能器頻率方程，計(jì)算得到具體結(jié)構(gòu)尺寸，再采用機(jī)械四端網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)帶切削刀具的超聲變幅桿。最后對設(shè)計(jì)完成的振動系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，確定刀具承受載荷情況及系統(tǒng)實(shí)際工作頻率和振動情況，分析振動系統(tǒng)整體位移分布，在位移節(jié)點(diǎn)處設(shè)計(jì)固定法蘭。
　?。?）對SiO2氣凝膠材料進(jìn)行了超聲車削試驗(yàn)。在施加超聲與不施加超聲兩種切

4、削情況下，進(jìn)行了單一參數(shù)變化對比試驗(yàn)，主要研究在切削SiO2氣凝膠材料時(shí)，施加超聲切削方式對切削力顯著降低的效果。再利用正交參數(shù)試驗(yàn)，采用直觀分析與方差分析方法，分別對切削速度、切削深度及進(jìn)給速度三個(gè)切削參數(shù)對切削力變化影響顯著程度進(jìn)行分析，研究各個(gè)參數(shù)值改變時(shí)，對切削力變化的貢獻(xiàn)率，并依據(jù)對試驗(yàn)結(jié)果地回歸分析得出切削力經(jīng)驗(yàn)公式。最后在施加超聲與不施加超聲兩種情況下，對比SiO2氣凝膠零件已加工表面質(zhì)量，分析不同切削方法對零件表面質(zhì)量的