超聲波變幅桿優(yōu)化設(shè)計及加工機(jī)理試驗研究.pdf

1、超聲波加工是加工玻璃、工程陶瓷、石英、翡翠等硬脆材料的有效方法。旋轉(zhuǎn)式超聲波加工是在傳統(tǒng)超聲波加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種加工方法，它是在工具頭上電鍍(或燒結(jié))立方氮化硼(或金剛石)磨料，并在工具作超聲振動的同時附加了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，這就把立方氮化硼(或金剛石)工具的優(yōu)良切削性能和工具的超聲振動結(jié)合在一起。因此，旋轉(zhuǎn)式超聲波加工比傳統(tǒng)超聲波加工具有更高的加工效率和更好的表面質(zhì)量，其應(yīng)用范圍越來越廣。
　　 超聲波加工裝置主要由超聲波發(fā)生

2、器、換能器和變幅桿組成，其中變幅桿起著放大振幅的重要作用。但是傳統(tǒng)型變幅桿應(yīng)用范圍受到較多限制，如階梯型變幅桿放大系數(shù)較大，但是形狀因數(shù)較小(一般都小于1)而圓錐形變幅桿形狀因數(shù)較大，放大系數(shù)卻較小，這些都限制了加工效率的提高。而且變幅桿的傳統(tǒng)設(shè)計方法求解繁瑣，適應(yīng)性差。因此需要尋找一種新的設(shè)計方法，滿足設(shè)計性能優(yōu)良變幅桿的要求。
　　 本文以提高超聲波加工效率和質(zhì)量為出發(fā)點，利用大型有限元軟件ANSYS優(yōu)化設(shè)計出了具有較大振幅

3、比與形狀因數(shù)的新型超聲變幅桿。在此基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)超聲波加工和旋轉(zhuǎn)式超聲波加工在理論與實驗方面進(jìn)行了分析研究，主要研究內(nèi)容有：
　　 1.在研究超聲波加工機(jī)理的過程中，分別概括了傳統(tǒng)超聲波加工和旋轉(zhuǎn)式超聲波加工材料的去除機(jī)理的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹了兩種超聲波加工系統(tǒng)的組成及設(shè)備的工作原理。
　　 2. 利用大型通用有限元分析軟件ANSYS，以三次樣條曲線作為變幅桿軸截面的母線形狀，采用二維軸對稱建模代替三維實體建模的方式，

4、在有限元動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上采用優(yōu)化設(shè)計的方法設(shè)計出了一種在滿足材料許用工作應(yīng)力條件下，既有較好的形狀因數(shù)又有較大放大系數(shù)的新型變幅桿，并對其進(jìn)行了驗證、修正與檢測。
　　 3. 根據(jù)工程陶瓷材料的壓痕實驗對超聲波加工過程中沖擊力及裂紋的形成進(jìn)行了分析，分別建立了傳統(tǒng)超聲波加工和旋轉(zhuǎn)式超聲波加工硬脆材料的材料去除率模型，找出了兩中加工方式中影響材料去除率的主要因素。
　　 4. 利用設(shè)計出的新型變幅桿在超聲波加工裝置上分別