(精品論文)本_科_畢_業(yè)_設(shè)_計論_文

畢業(yè)論文題目學(xué)校代碼：10410 序 號：050603學(xué)生學(xué)號本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計/論 文題目： 小二號仿宋體 （下面其它空欄填寫小二號仿宋體）學(xué) 院： 工 學(xué) 院 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 年 級： 指導(dǎo)教師： 二O 年 月- 6 -畢業(yè)設(shè)計（論文）題目摘 要（小四宋體，500字以內(nèi)）關(guān)鍵詞：英文題目（Times New Roman 小三號字，加黑）Abstract:（Times New Roman） Key words:（Times New Roman）目 錄目錄自動生成，目錄的自動生成方法說明先打開任何一篇需要生成目錄的Word文檔“視圖”“大綱”對需要設(shè)頁碼的部分調(diào)設(shè)成不同級別（在文檔工具欄的最下一行的左邊），對不需要設(shè)置頁碼的內(nèi)容均設(shè)置為正文文本設(shè)置完成后，點擊“插入”“引用”“索引和目錄”“目錄”根據(jù)所需進(jìn)行選擇“目錄”中的適當(dāng)選項“確定”注意：目錄完成后，如論文需要修改，修改后，只要點擊“更新目錄中”的“更新整個目錄”，目錄就會自動更新。目錄（自動生成的目錄參考）1 緒論11.1 引言11.2 超聲加工相關(guān)技術(shù)概述21.2.1 超聲技術(shù)的起源與發(fā)展21.2.2 傳統(tǒng)超聲加工技術(shù)21.2.3 旋轉(zhuǎn)超聲加工技術(shù)41.3 超聲加工技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀51.3.1 超聲振動切削的研究進(jìn)展51.3.2 超聲復(fù)合加工的研究進(jìn)展71.3.3 超聲表面光整加工的研究進(jìn)展81.3.4 旋轉(zhuǎn)超聲加工的研究進(jìn)展91.4 課題研究依據(jù)及本文所做的工作112 旋轉(zhuǎn)超聲磨削及其加工機(jī)理分析132.1 旋轉(zhuǎn)超聲磨削的原理132.2 傳統(tǒng)磨削中的材料去除機(jī)理142.2.1 塑性材料的去除機(jī)理142.2.2 脆性材料的去除機(jī)理152.3 超聲加工的材料去除機(jī)理172.3.1 傳統(tǒng)超聲加工中的材料去除機(jī)理172.3.2 旋轉(zhuǎn)超聲加工中的材料去除機(jī)理182.4 旋轉(zhuǎn)超聲磨削的材料去除機(jī)理202.5 本章小結(jié)206 總結(jié)44參考文獻(xiàn)44致謝441 緒 論（參考正文）1.1 引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及航空航天等領(lǐng)域的需求，不銹鋼、復(fù)合材料、工程陶瓷等難加工材料應(yīng)用日趨廣泛，而此類材料的特殊性能使其加工制造非常困難。例如1，海洋結(jié)構(gòu)件普遍采用耐腐蝕的不銹鋼，而不銹鋼加工起來切削力大、切削溫度高、粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重、加工硬化趨勢強(qiáng)等特點，使得不銹鋼切削過程中切削功率消耗大，切削溫度高，而且加工工件表面質(zhì)量較低。又如航空發(fā)動機(jī)重要零件如機(jī)匣、壓氣機(jī)風(fēng)扇葉片等廣泛采用鈦、鎳基合金等先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料，而鈦、鎳基合金材料切削加工性較差，主要表現(xiàn)在材料熱硬度和熱強(qiáng)度很高，所需切削力很大，工件、刀具容易產(chǎn)生較大變形。航天飛機(jī)機(jī)頂首部廣泛采用工程陶瓷，但工程陶瓷具有高強(qiáng)度、高硬度、高脆性等特點，使得陶瓷材料的加工十分困難，加工成本很高。此類材料的出現(xiàn)及廣泛應(yīng)用，對機(jī)械制造業(yè)提出了一系列迫切需要解決的新問題。對此，采用傳統(tǒng)加工方法十分困難，甚至無法加工，而特種加工很適合對這些材料進(jìn)行經(jīng)濟(jì)加工2。而在眾多特種加工方法中，超聲加工有其獨特的優(yōu)點，因而迅速得以發(fā)展和推廣1。超聲加工（Conventional ultrasonic machine, USM）是目前應(yīng)用較普遍的一種加工方法。盡管該加工方法的生產(chǎn)率比電火花、電解加工等低，但其精度和表面光潔度卻比它們高，可穩(wěn)定地加工出精度為5 m，表面粗糙度為Ra0.510.76 m的零件3；其應(yīng)用不受工件材料的電、化學(xué)特性限制，不需要工件導(dǎo)電，也不像激光、電火花等特種加工一樣給工件帶來熱損傷和殘余應(yīng)力。盡管如此，由于各種客觀條件的限制，迄今為止對于超聲加工，特別是旋轉(zhuǎn)超聲加工的加工機(jī)理、工藝規(guī)律和加工穩(wěn)定性等的研究還處于早期的探索階段，而對旋轉(zhuǎn)超聲磨削加工的研究更是鳳毛麟角。而有研究表明7-9，在超聲加工中，旋轉(zhuǎn)超聲磨削具有加工時磨削力小、加工效率高、精度高、工具磨損小以及對加工材料適應(yīng)廣等優(yōu)點，也是復(fù)合材料、不銹鋼等難加工材料比較理想的加工方法。1.2 超聲加工相關(guān)技術(shù)概述1.2.1 超聲技術(shù)的起源與發(fā)展超聲波是指頻率高于人耳聽覺上限的聲波。一般來講，人耳可以聽到的聲波的頻率范圍約為1620KHz。因此，人們常把高于20KHz的聲波稱為超聲波。而在實際應(yīng)用種，有些超聲技術(shù)使用的頻率可能在16KHz以下。早在1830年，為了探討人耳究竟能夠聽到多高的頻率，F(xiàn).Savart13曾用一個多齒的輪首次產(chǎn)生了頻率為Hz的超聲，但人們一般卻認(rèn)為，首次有效產(chǎn)生高頻聲的，應(yīng)是1876年F.Galton的氣哨實驗。第一次世界大戰(zhàn)期間，P.Langevin14發(fā)明了石英晶體換能器，用來在水中發(fā)射和接收頻率較低的超聲波，開始了人類真正科學(xué)的開展超聲技術(shù)的研究。1.2.2 傳統(tǒng)超聲加工技術(shù)超聲加工方法是近40年來逐步發(fā)展的一種新型加工方法，它不僅能加工硬質(zhì)合金、淬火鋼等脆性金屬材料，而且適合于半導(dǎo)體和不導(dǎo)電的非金屬硬脆材料（如半導(dǎo)體硅片、玻璃、陶瓷以及金屬基碳化硅復(fù)合材料等）的精密加工和成形加工1, 7, 8。在難加工材料和精密加工中，超聲波加工方法具有普通加工無法比擬的工藝效果，具有廣泛的應(yīng)用范圍1, 15。1. 傳統(tǒng)超聲加工的原理傳統(tǒng)超聲加工是利用工件做超聲振動，并沿工具頭振動方向施加一定壓力，通過液體磨料來加工材料。如圖1-1所示，其原理為：加工時，超聲波發(fā)生器通過換能器產(chǎn)生超聲頻振動，該振動振幅（約有5m）一般比較小，不能滿足需求，需用變幅桿將換能器的振動振幅放大后（振幅為2030m），再傳給工具。磨料工件工 件工具磨料噴嘴加壓變幅桿換能器超聲波發(fā)生器超聲振動圖1-1 超聲加工示意圖由于工具與工件間充滿了液體（水或煤油）與磨料（如氧化鋁或碳化硅等）混合的懸浮液，且工具以很小的壓力壓在工件上。工作液中懸浮的磨粒在工具的超聲振動下以高速不斷沖擊工件加工表面，使該表面受到很大的壓強(qiáng)而產(chǎn)生材料的變形，當(dāng)應(yīng)力超過其強(qiáng)度極限時，材料將發(fā)生破壞而成粉末狀去除。同時由于懸浮工作液的擾動，促使磨料以高速拋磨工件的加工表面。此外，懸浮工作液受工具端部的超聲振動而產(chǎn)生的“空化”現(xiàn)象在工件表面形成液體空腔，促使液體滲入被加工材料的縫隙處，而空腔的瞬時閉合又引起強(qiáng)烈的液壓沖擊，加快了工件材料的機(jī)械破除作用，并有利于加工區(qū)域磨料懸浮液的均勻攪拌和磨蝕產(chǎn)物的排除。磨料懸浮液的循環(huán)流動使磨料不斷更新，并帶走被粉碎下來的材料微粒，工具逐漸滲入到材料中，工具形狀便復(fù)現(xiàn)在工件上。因此，超聲加工是磨粒在超聲振動下的機(jī)械沖擊和拋磨作用與超聲空化作用的綜合結(jié)果，其中磨料的連續(xù)沖擊和拋磨起著主要作用。2. 傳統(tǒng)超聲加工的特點由超聲加工的原理和過程可以看出，超聲加工具有如下特點：1) 由于超聲加工是靠磨料及液體分子的不斷沖擊和空化作用來進(jìn)行加工的，因此適合加工各種硬脆材料，如玻璃、陶瓷、寶石、半導(dǎo)體等，尤其是電加工難以加工的導(dǎo)電性能差的材料。2) 由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬時局部的沖擊作用，故工件表面的宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱更小，不會產(chǎn)生變形及燒傷。加工精度高，尺寸精度可達(dá)0.010.02mm，表面粗糙度也較低，可以達(dá)到Ra0.630.08um，很適于加工薄壁、窄縫、低剛度零件。3) 工具可用較軟的材料、做成較復(fù)雜的形狀，且不需要工具和工件作比較復(fù)雜的相對運(yùn)動，便可加工各種復(fù)雜的型腔和型面。一般超聲加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡單，操作、維修也比較方便。4) 雖然超聲加工的面積不大，且工具頭磨損較大，加工效率相對較低。但可以與其它多種加工方法結(jié)合應(yīng)用，如超聲電火花加工和超聲電解加工等。3. 傳統(tǒng)超聲加工的應(yīng)用超聲加工與其它加工方法相結(jié)合，逐漸發(fā)展成了多種多樣的超聲加工方法和方式，在生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。其主要應(yīng)用范圍如下表1-1。隨著超聲加工研究的不斷深入，其應(yīng)用范圍還將繼續(xù)擴(kuò)大。表1-1 超聲加工的應(yīng)用范圍超聲材料去除加工超聲切削加工超聲車削、超聲鉆削、超聲鏜削、超聲插齒、超聲滾齒、超聲攻絲、超聲刨削、超聲振動鉸孔超聲磨削加工超聲修整砂輪、超聲磨削、超聲磨齒磨料沖擊加工超聲打孔、超聲切割、超聲套料、超聲雕刻超聲表面光整加工超聲拋光、超聲珩磨、超聲砂帶拋光、超聲壓光、超聲珩齒超聲焊接和其它應(yīng)用超聲焊接、超聲電鍍、超聲清洗、超聲處理超聲塑性加工超聲拉絲、超聲拉管、超聲沖裁、超聲軋制、超聲彎管、超聲擠壓、超聲鉚墩超聲復(fù)合加工超聲電火花復(fù)合加工、超聲電解復(fù)合加工2 旋轉(zhuǎn)超聲磨削及其加工機(jī)理分析2.1 旋轉(zhuǎn)超聲磨削的原理旋轉(zhuǎn)超聲磨削的加工原理如圖2-1所示，其中，壓電陶瓷換能器用于將從外部接入的高頻電振蕩信號（由220V或380V的交流電經(jīng)超聲波發(fā)生器轉(zhuǎn)換而成）轉(zhuǎn)換為超聲頻機(jī)械振動；由于壓電陶瓷換能器產(chǎn)生的振幅較?。ù蠹s有5m），一般不能滿足需求，需用變幅桿將換能器的振動振幅放大后（振幅為2030m）再傳至磨削工具，磨削工具在由電機(jī)驅(qū)動做旋轉(zhuǎn)