超聲波變幅桿優(yōu)化設計及加工機理試驗研究.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。旋轉式超聲波加工是在傳統(tǒng)超聲波加工的基礎上發(fā)展起來的一種加工方法，它是在工具頭上電鍍(或燒結)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運動，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合在一起。因此，旋轉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量，其應用范圍越來越廣。
　　 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)設計方法求解繁瑣，適應性差。因此需要尋找一種新的設計方法，滿足設計性能優(yōu)良變幅桿的要求。
　　 本文以提高超聲波加工效率和質量為出發(fā)點，利用大型有限元軟件ANSYS優(yōu)化設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。在此基礎上，對傳統(tǒng)超聲波加工和旋轉式超聲波加工在理論與實驗方面進行了分析研究，主要研究內容有：
　　 1.在研究超聲波加工機理的過程中，分別概括了傳統(tǒng)超聲波加工和旋轉式超聲波加工材料的去除機理的國內外研究現(xiàn)狀，介紹了兩種超聲波加工系統(tǒng)的組成及設備的工作原理。
　　 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、在有限元動力學分析的基礎上采用優(yōu)化設計的方法設計出了一種在滿足材料許用工作應力條件下，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行了分析，分別建立了傳統(tǒng)超聲波加工和旋轉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. 利用設計出的新型變幅桿在超聲波加工裝置上分別