超声磨削装置结构设计开题报告

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1、哈尔滨理工大学毕业设计(论文)开题报告学生姓名马奇智学号1330060314专业机械设计制造及其自动化班级13-3指导教师赵金涛2017年3月17日课题题目及来源：题目：超声磨削装置结构设计题目来源：自拟课题研究的意义和国内外研究现状：1.1研究目的随着科学技术的发展及航空航天等领域的需求，不锈钢、复合材料、工程陶瓷等难加工材料应用日趋广泛，而此类材料的特殊性能使其加工制造非常困难。例如，海洋结构件普遍采用耐腐蚀的不锈钢，而不锈钢加工起来切削力大、切削温度高、粘刀现象严重、加工硬化趋势强等特点，使得不锈钢切削过程中切削功率消耗大，切削温度高，而

2、且加工工件表面质量较低。又如航空发动机重要零件如机匣、压气机风扇叶片等广泛采用钛、镍基合金等先进结构材料，而钛、镍基合金材料切削加工性较差，主要表现在材料热硬度和热强度很高，所需切削力很大，工件、刀具容易产生较大变形。航天飞机机顶首部广泛采用工程陶瓷，但工程陶瓷具有高强度、高硬度、高脆性等特点，使得陶瓷材料的加工十分困难，加工成本很高。此类材料的出现及广泛应用，对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题。对此，采用传统加工方法十分困难，甚至无法加工，而特种加工很适合对这些材料进行经济加工。而在众多特种加工方法中，超声加工有其独特的优点，因而迅

3、速得以发展和推广。1.2研究意义超声波是指频率高于人耳听觉上限的声波。一般来讲人耳可以听到的声波的频率范围约为1620KHz。因此人们常把高于20KHz的声波称为超声波。而在实际应用种有些超声技术使用的频率可能在16KHz以下。早在1830年为了探讨人耳究竟能够听到多高的频率F.Savart曾用一个多齿的轮首次产生了频率为42.410Hz的超声但人们一般却认为首次有效产生高频声的应是1876年F.Galton的气哨实验。第一次世界大战期间P.Langevin发明了石英晶体换能器用来在水中发射和接收频率较低的超声波开始了人类真正科学的开展超声技术

4、的研究。超声具有许多独特的性质和优点如频率高、波长短、在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性、并在液体介质中传播时可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。因此近年来随着科学技术的发展超声技术发展极为迅速应用领域非常广泛。目前其应用遍及航空、航海、国防、生物工程以及电子等领域在我国国民经济建设中发挥越来越大的作用。由于各种客观条件的限制，迄今为止对于超声加工，特别是旋转超声加工的加工机理、工艺规律和加工稳定性等的研究还处于早期的探索阶段，而对旋转超声磨削加工的研究更是凤毛麟角。而有研究表明，在超声加工中，旋转超声磨削具有加工时磨削力小、加工效

5、率高、精度高、工具磨损小以及对加工材料适应广等优点，也是复合材料、不锈钢等难加工材料比较理想的加工方法。因此得到高度的重视,发展潜力是相当巨大的。1.3国内外研究现状日本研究成功一种半波长弯曲振动系统，其切削刀具安装在半波长换能振动系统细端，该振动系统换能器的压电陶瓷片采用半圆形，上下各两片，组成上下两个半圆形压电换能器(压电振子)，其特点是小型化，结构简单，刚性增强。日本还研制成一种新型“纵-弯”型振动系统，并已在手持式超声复合振动研磨机上成功应用。该系统压电换能器也采用半圆形压电陶瓷片产生“纵-弯”型复合振动。1994年日本多贺电气株式会社

6、采用“纵一弯”型超声复合振动系统制成研磨机，用于放电加工后的模具沟槽侧壁研磨抛光。研磨工具做纵向振动和弯曲振动。研究结果表明，弯曲振动方向不同，可获得不同的研磨效果。哈尔滨工业大学的吴永孝、张广玉等人研制的超声波振动小孔内圆磨削系统，在小孔磨削提高磨削效率和加工精度等方面取得了一定的成效，所用磁致伸缩换能器发热大，采用了加装制冷装置的方法解决冷却问题，但致使其结构复杂。1996年前后华北工学院辛志杰、刘刚通过对超声振动内圆磨削机理的探讨，研制了一套超声内圆磨削装置，在改善工件表面质量、提高生产率和内圆磨削系统结构设计上有了新的突破。1997年英

7、国研制了硬脆材料纳米磨削中心，可实现硬脆材料超声纳米表面加工；日本UNNO海野邦昭分别进行了工程陶瓷超声磨削的研究。多项研究结果表明：超声磨削陶瓷材料的加工效率可提高近一倍；当工具与工件上同时施加超声振动时，加工效率可提高2—3倍。1997年前后西北工业大学史兴宽等人研制了一种超声内圆磨削装置，此装置较专用超声磨床主轴系统结构简单，但因发热大而使用了冷却装置，这就使此超声磨头的结构显得复杂，虽然加工效率和加工质量有一定的提高，但其复杂的结构不利于推广使用。2002年弗劳恩霍夫生产技术研究院研制出了新型超声研磨设备DMS50，采用该设备对超声辅助

8、磨削过程进行了技术性分析。并且，国外已研究出先进的超声振动主轴，其转速可达4000r／min至30，000r／min。可以实现加工过程中砂轮的振动，并