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随着科技的发展进步,高新技术产品日益趋向于精密、小型化,且向难加工材料、异型面方向发展,因而难加零件的加工问题已成为机械制造业的技术难题与重要研究热点。传统机械加工方法(车削、铣削、磨削、刨削等)已无法满足难加工零件的加工要求,而主要采用非机械能(电、光、热、声、化学等能量)进行加工的特种加工新技术(放电、电解、超声、激光加工等技术),具有“以柔克刚”及“拷贝式成形”的加工特性,非常适合于这类零件的精密加工。本文进行难加工零件的超声、超声复合机械、超声复合电解精密加工技术研究,进行各相关技术工艺设计与试验,为这类零部件的加工制造寻求一种有效方法。 本文分析了国内外超声及其复合加工技术的研究、发展及应用现状,在探讨精密超声及其复合电解加工技术的工艺特点与技术优势基础上,根据超声振动理论及超声加工技术要求,设计、选购频率范围合理,具有频率自动反馈及跟综的数字式超声波发生器,设计、研制精密超声及超声复合加工所须的压电式换能器、振幅扩大棒(变幅杆)。 运用ANSYS有限元分析软件,运用强大的多物理场耦合模块——压电耦合分析模块,分析研究压电换能器的动力学特性;对采用指数及阶梯形变幅杆的超声振动系统进行动力学特性分析,从ANSYS后处理中得到位移节点、应力极大点和振动系统工具电极端面的振幅等参数,并将参数分析值与理论计算值相比较,证明指数形变幅杆超声振动系统吻合度最高;对指数形超声振动系统进行优化,根据优化数据研制完善超声振动装置;利用高精度激光位移传感器检测超声振动系统工具电极端面振幅,并与有限元分析结果对比,验证研制的超声振动系统可很好满足精密超声及复合电解加工的技术要求。 构建、完善精密超声及超声复合电解加工系统,制作试验所需的多种截面的工具电极,进行多种微精结构的精密超声及其复合电解加工的工艺设计,进行硬脆PZT陶瓷材料的单一超声加工试验,验证加工系统的工作可靠性,并探讨材料机械特性对材料去除效率的影响规律;进行精密超声复合电解加工基础试验,得出不同加工参数对材料去除率的影响规律,验证脉冲电解加工材料去除效率模型的有效性;通过单超声与超声复合电解加工对比试验,探讨超声加工、超声复合电解加工、超声复合脉冲电解加工三者之间材料去除率与各能量作用关系。对PZT陶瓷及不锈钢材料进行机械钻削与附加旋转超声后的试验对比,试验证明:附加旋转超声后加工效率得到显著提高,且随超声振幅的增加而增大;利用超声及超声复合电解组合加工方法,进行压电器件精密加工,加工效率、精度及合格率均较机械钻削有大幅提高,且加工件得到成功应用,验证此组合超声加工方法的技术优势。 论文对超声复合电解加工振动系统研制和试验研究进行总结,提出现有加工系统及去除效率模型的适用条件、存在问题及完善措施。