超聲復合電加工振動系統(tǒng)特性分析與試驗.pdf

1、特種加工是解決如高溫合金、硬質(zhì)合金、金剛石等難加工材料及異形面的一種有效加工方法，隨著科學技術進步，傳統(tǒng)機械切削加工已不能夠滿足工程中逐漸增加的難加工材料、異形面零部件的加工的要求，特種加工的應用越來越廣泛，其研究與應用已成為國際制造業(yè)的熱點問題。
　　本文概述超聲加工、電解加工和電火花加工的特點與應用，介紹超聲復合電加工國內(nèi)外研究、發(fā)展及應用現(xiàn)狀，分析了超聲復合電加工的技術優(yōu)勢，探討了超聲復合電加工仍存在的技術問題:振動系統(tǒng)的特

2、性對于超聲復合電加工效率和精度有重要的影響，如振動系統(tǒng)設計的不合理，振動過程常難以持續(xù)穩(wěn)定，為解決這個問題，提出了本文主要研究內(nèi)容。
　　通過ANSYS有限元方法，運用強大的多物理場耦合模塊——壓電耦合分析，分析了壓電陶瓷晶堆片數(shù)、輸入電壓信號大小、輸出振動位移幅值和晶堆固有頻率之間的相互影響關系;對指數(shù)形變幅桿與換能器組合的振動裝置（簡稱指數(shù)形超聲振動裝置）以及圓錐形變幅桿與換能器組合的振動裝置（簡稱圓錐形超聲振動裝置）的振動特

3、性進行動力學分析（包括模態(tài)分析和諧響應分析）。施加交變電壓，激勵超聲振動，通過ANSYS后處理模塊得到了電壓幅值分布、應力變化、節(jié)點和最大應力點及振動裝置工具頭端面振動幅值等參數(shù)。用高頻精密激光微位移傳感器實測超聲工具頭端面振幅，在相同參數(shù)條件下，對有限元分析結果與實測結果進行分析對比，探討了兩者結果偏差的原因;分析了階梯形變幅桿及換能器組合的振動裝置（簡稱階梯形超聲振動裝置）的最大應力點和位移節(jié)點的有限元值與理論計算值誤差較大的原因，

4、以及截面突變處過渡圓弧存在的必要性;最后對指數(shù)形超聲振動裝置進行參數(shù)化優(yōu)化設計，優(yōu)化超聲振動系統(tǒng)結構，用于后續(xù)試驗研究。本章研究成果對優(yōu)化超聲振動系統(tǒng)的設計有重要理論指導意義。
　　構建微細同步超聲復合電加工系統(tǒng)，包括超聲振動裝置的優(yōu)化設計，電解和同步斬波電源的完善，電解電流測量分析裝置、磁懸浮工作臺進給裝置、振動幅值在線監(jiān)測系統(tǒng)和精度測量裝置的構建，利用自行研制的同步斬波電源，可將脈沖電解電源的“開、斷”和超聲振動協(xié)同一致;采用

5、微細放電及微細線切割組合方法，制作多種微細工具陰極，最后完成超聲復合電加工試驗系統(tǒng)構建。
　　使用經(jīng)過優(yōu)化設計的超聲振動系統(tǒng)，采用低幅值、高頻脈沖電壓（小于6V）進行基礎復合電加工試驗，在此基礎上利用低質(zhì)量分數(shù)的硝酸鈉電解液并摻入納米金剛石粉，對硬質(zhì)合金材料YT15、YG8和YBD151進行超聲放電-電解加工試驗，得出超聲振動、微火花放電、電解作用的復合能改善極間加工狀態(tài)，進一步提高工件成形精度及加工效率的結論。
　　最后對