超声振动辅助磨削技术研究进展
超声波振动辅助车削加工机理分析
建立了超声振动切削系统。
本文进行了超声振动辅助车削试验。
验证了振幅、切削速度与切削力的关系，验证了切削热分布的规律；并对超声波振动切削45号钢的切削参数进行了优化分析；对比了超声振动车削与普通车削的功率、表面粗糙度、切削力等；试验结果表明，振动车削可以降低切削力，表面粗糙度值在振动车削条件下明显减小。
关键词：超声波，振动切削，净切削比，有限元分析RESEACH ON ULTRASONIC VIBRATION TURNINGABSTRACTWith the development of the science and technology, precision and super-precision machining technologies have an important increasing position. For some workpieces of specific material and complex shape, it is difficult to use the conventional machining method, so non-traditional machining is developed rapidly. One of them is ultrasonic machining technology. It is indicated that ultrasonic technology has provided an huge help to improve the quality of product, reduce the costs of production, increase efficiency and so on. Now it is already entered into national defense and economy, science and technology, people’s life and other domains.Secondly, ultrasonic vibration cutting systems are studied theoretically. Net cutting time ratio r is defined, and relationship between r and cutting force is studied. The analysis indicates that the force increases as the r increases. With the software MARC, the temperature field variation rule of vibration cutting process is studied. The results of simulations show that heat dissipation when the tool comes off the workpiece is the mian reseon.Finally, the cutting experiment with and without ultrasonic vibrationis made. The superior ranges of cutting parameters are recommended. The cutting speed and ultrasonic amplitude between cutting force is verified. The results of experiments show that the cutting force and surface roughness are lower with ultrasonic vibration than without ultrasonic vibration.Keywords : ultrasonic, vibration turning, net cutting time ratio, finite element目 录摘要 (I)ABSTRACT (III)目录 (V)第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2国内外研究发展现状 (2)1.2.1 超声振动系统 (2)1.2.2 超声振动切削理论 (4)1.2.3 超声车削加工系统 (7)1.3论文的主要研究内容 (9)第二章超声波辅助振动车削理论研究 (10)2.1超声波的基本原理及特点 (10)2.2超声波加工的基本原理 (10)2.2.1超声振动切削原理 (11)2.2.2切削力 (14)2.2.3 振幅的影响 (16)2.2.4 切削速度的影响 (17)2.2.5振动车削温度场的模拟 (18)2.3本章小结 (20)第三章超声波振动辅助车削系统的建立 (22)3.1超声装置概述及其选用 (22)3.2超声波发生器的选用 (24)3.3换能器 (27)3.3.1磁致伸缩换能器 (27)3.3.2压电式换能器 (28)3.3.3 换能器的匹配与选型 (28)3.4调幅器 (29)3.5超声波车刀的设计 (31)3.5.1 超声车刀特性 (31)3.5.2 采用F.E.A方法设计刀杆 (31)3.5.3实体建模 (34)3.5.4 软件ANSYS模态分析 (35)3.5.5 分析结果 (38)3.6连接与固定方案 (46)3.7本章小结 (48)第四章超声波振动辅助车削试验研究 (49)4.1切削试验方案 (49)4.1.1切削试验系统 (49)4.1.2切削试验步骤 (54)4.2.1切削深度对切削过程的影响 (56)4.2.2进给量对切削过程的影响 (57)4.2.3切削速度对切削过程的影响 (58)4.2.4参数优化 (59)4.3试验结果验证 (62)4.3.1 对振幅影响的验证 (62)4.3.2 对转速影响的验证 (64)4.3.3对温度仿真的验证 (65)4.4本章小结 (67)第五章总结与展望 (69)5.1全文总结 (69)5.2前景展望 (69)参考文献 (71)致谢 (75)攻读硕士学位期间发表的论文 (76)第一章 绪论1.1课题背景超声技术出现在20世纪初期。
超声辅助技术在果蔬加工中的应用与研究
超声辅助技术在果蔬加工中的应用与研究近年来，随着科技的不断进步，超声辅助技术逐渐在各个领域展示出巨大的潜力。
在食品加工行业中，特别是在果蔬加工领域，超声辅助技术也开始崭露头角。
通过超声波的作用，果蔬的加工过程极大地得到改善。
本文将探讨超声辅助技术在果蔬加工中的应用与研究。
首先，超声辅助技术在果蔬清洁过程中的应用已经得到广泛研究和应用。
传统的果蔬清洗方法往往存在一些问题，比如无法彻底去除表面的污垢和微生物，同时还会造成果蔬受损。
而超声波的微强声波震动作用可以产生空化效应，从而增强水对果蔬表面的力量，进一步清洁果蔬，并有效减少对果蔬的物理损伤。
研究表明，超声辅助清洗方法可以显著降低果蔬表面的菌落总数和污垢含量，提高果蔬的质量和安全性。
其次，超声辅助技术在果蔬干燥领域也有着广泛的应用。
传统的果蔬干燥方法往往需要较长时间，并且会导致营养物质的流失。
而超声波的作用可以加速果蔬中水分的蒸发，提高干燥速度，同时可以在一定程度上保留果蔬中的营养成分。
研究发现，利用超声辅助技术进行果蔬干燥可以显著降低果蔬的干燥时间，同时能够保持果蔬的色泽、味道和营养价值。
除了清洁和干燥，超声辅助技术在果蔬提取过程中也有着独特的应用。
很多果蔬中含有一些有益的活性成分，如维生素、多酚类物质等，这些成分对人体健康有着积极的作用。
然而，传统的提取方法往往存在一些问题，如提取效率低、操作繁琐等。
超声辅助技术利用声波的能量可以促进果蔬中活性成分的迁移和释放，提高提取效率。
研究发现，超声辅助提取方法可以提高果蔬中活性成分的提取率，并且对果蔬的物理和化学性质几乎没有影响。
此外，超声辅助技术还被应用于果蔬加工过程中的其他方面。
例如，超声波的振荡作用可以改变果蔬的细胞结构，提高果蔬的渗透性和可溶性，从而利于果蔬的腌制和浸泡。
超声辅助技术还可以用于果蔬中潜在的品质检测，如检测果蔬中的含水量、硬度等。
研究表明，超声辅助技术在果蔬加工领域的应用还有很大的发展潜力，可以进一步改善果蔬加工的过程和质量。
超声辅助磨削GH4169高温合金工艺研究
超声辅助磨削GH4169高温合金工艺研究王晨旭，徐念伟，张园，康仁科，宋洪侠，鲍岩(大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连116024)摘要：针对GH4169高温合金的难加工性、砂轮磨损严重导致的加工表面质量差、效率低等问题，引入超声辅助磨削加工技术，分析了主轴转速、进给速度、磨削深度、超声振幅对磨削力、砂轮磨损及表面形貌的影响。
结果表明：超声辅助磨削能有效降低磨削力并有助于延长砂轮使用寿命；获得了超声对材料去除方式、砂轮磨损行为的影响机制，对指导GH4169高温合金工艺优化、以实现高质高效加工具有重要意义。
关键词:超声辅助磨削;磨削力;砂轮磨损;表面形貌中图分类号:TG663文献标志码:A文章编号:1009-279X(2022)01-0055-06Study on Ultrasonic Assisted Grinding Process of GH4169Superalloy WANG Chenxu,XU Nianwei,ZHANG Yuan,KANG Renke,SONG Hongxia,BAO Yan(Key Laboratory for Precision and Non-traditional Machining of Ministry of Education,Dalian University of Technology,Dalian116024,China)Abstract:Ultrasonic assisted grinding technology is introduced to solve the machining problems of GH4169superalloy,such as poor surface quality and low efficiency caused by hard machinability and serious grinding wheel wear.By analyzing the effects of spindle speed,feed rate,grinding depth and the amplitude on grinding force,grinding wheel wear and surface topography,the result shows that ultrasonic assisted grinding can effectively reduce grinding force,prolong the service life of grinding wheel and reveals the influence mechanism of ultrasonic assisted grinding on material removal mode and wheel wear behavior.It's a great significance to guide the process optimization of GH4169 superalloy to achieve high quality and high efficiency machining.Key words:ultrasonic grinding;grinding force;grinding wheel wear;surface topographyGH4169高温合金具有良好的高温强度和耐腐蚀性，在航空航天、化学能、核能等关键领域得到了广泛应用叫例如，“太行发动机-中国制造”的第三代大型军用涡轮风扇发动机，采用了以GH4169为材料制造的261个部件［2］。
超声振动辅助钻削钛合金的机理和工艺研究
超声振动辅助钻削钛合金的机理和工艺研究摘要：随着时代的发展，经济的增长，社会的进步，我国的综合国力逐渐提高，科学技术不断的改良、创新、进步，而这些改变随之而来的是我国的工业发展越来越迅速，以往的封建的旧的思想以及旧的技术、产品已近满足不了这个时代的需求，人们的生活水平不断提高，对于新兴的产品以及技术的需求越来越高，超声振动辅助钻削钛合金技术的发展就是其中之一.关键词：超声振动辅助钻削钛合金技术；机理；用途；工艺研究1.超声振动辅助钻削钛合金的机理随着科技的进步，社会的发展，超声振动辅助钻削钛合金的应用越来越普遍，其的原理基础还是应用了超声波的特点，超声波具有的特点有：特点1：超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。
特点2：超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。
特点3：超声与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应。
（治疗）超声振动辅助钻削在材料上的选择是很讲究的，超声振动辅助钻削在材料上选择钛合金的原因是因为钛合金的机械Q值高，机械损耗小，并且钛合金的机械强度大。
所以用钛合金是比较好的。
但因为钛合金的成本比铝、钢的成本要高，所以一般情况下，大部分的材料厂用铝，用钢也是可以，总的来说，这主要是更具看场合的需要来决定的。
不仅如此，钛合金的材料还具有质轻高弹，超声波衰减小的特点，更重要的是，因为钛合金具有低密度、高比强度、弹性模量低、抗阻尼性能强的特点，所以，超声振动辅助钻削在材料上选择钛合金是十分合适的，硬质合金钢和钛合金的区别一个是硬度，一个是质地。
钛合钢质地细腻而硬质合金坚硬却不细腻所以说在焊接时应该选用硬质合金钢，总的来说，超声振动辅助钻削在材料上的选择是十分重要的，选择钛合钢是十分合适的。
2.超声振动辅助钻削钛合金的工艺研究如今，全球的发展十分迅速，尤其是中国，近几年，随着社会的进步，经济的增长，超声振动辅助钻削钛合金的工艺研究有了很大的进步，可以说，超声振动辅助钻削钛合金的技术近年来进入了一个全新的时期，可以说，超声振动辅助钻削钛合金的发展前景是光明的是明朗的，但是据专家人士分析，虽然最近几年超声振动辅助钻削钛合金技术有了很大的提升，但其技术与外国相比还是存在着许多差距的，其的发展还是不够稳定，不够成熟，还是有许多的问题需要我们解决的，下面，就像大家具体的介绍一下超声振动辅助钻削钛合金的工艺研究。
超声振动辅助磨削技术应用研究进展
合加工性能。
术
发展趋势
❖超声振动辅助磨削技术是一个新的研究领域，
其加工机理、加工方法及加工装置的研究还有待
于深入和完善。
发 展 趋 势
发展趋势
高效稳定超声振动系统研究
现有的实验及实用振动切削加工系统输出功率小
、能耗高，因此，期待实用的大功率振动系统到
发 展
目前为止，输出能量为4kW的振动系统已研制出
超声振动辅助磨削技术应用研 究进展
内容
1
前言
2
发展回顾
3
研究现状
4
发展趋势
前言
不足
概念
优势
前言
❖航空、电子、光学及通信工业的新技术迅猛发展，对 硬脆性材料、难加工材料和新型先进材料的需求日益增 多，对关键零件的加工效率、加工质量和加工精度提出 了更高的要求。
前言
❖传统加工方法是超精密磨削和单点金刚石切削； ❖产生较大的磨削力以及磨削热，引起工件表面、亚表面损 伤以及砂轮寿命低；
优点 提高材料去除率，延长工具的寿命
UV优AM点
提高脆性与研性域发生转变的临界切削深度， 实现脆性材料的延性域加工，使复杂光学元件 表面超精密加工可以不须采用磨削和抛光的方 法完成加工。
发展回顾
超 声
首先是应用在材料的切削加工
振
动 1927年，R.W.Wood和A.L.Loomis发表了有关
磨
削 超声波加工的论文，超声加工首次提出。
维 超
期分离现象，磨削刃作用时间变短，摩擦系数大幅
声 振
度降低，从而促使磨削力大幅度减小，材料去除率
动 磨
显著增大。
削
技
术
研究现状
轴向振动使不同磨削刃的切削轨迹互相干涉而产生
超声振动深孔研磨技术研究论文
超声振动深孔研磨技术研究摘要：超声振动深孔研磨是超声振动加工技术在深孔研磨中的应用，能有效的解决普通研磨过程中加工效率低﹑材料去除率低等问题，具有普通研磨不可比拟的工艺效果。
因此，研究超声振动深孔研磨技术对深孔精加工和超精加工具有重要意义。
通过理论分析和研究，建立超声振动深孔研磨磨粒运动模型并对超声振动研磨机理进行研究。
对单颗磨粒附加轴向超声振动的材料去除率理论进行了分析并建立了相应的材料去除率理论模型和振动系统各传递环节的数学模型，为振动系统的振动特性分析和结构设计提供了理论依据。
研究分析了变幅杆几何尺寸，锥形心轴，以及研磨套对振动系统的影响。
在分析超声振动深孔研磨机理的基础上，设计并制造了一套超声振动深孔研磨装置。
对制造完成的超声振动深孔研磨装置进行试振和调试，获得了良好的振动效果。
试验结果表明整个超声振动深孔研磨装置可以进行超声振动研磨。
关键词：超声振动研磨；深孔研磨；研磨机理Research on Ultrasonic Vibration Deep-hole Lapping technologyAbstract: The ultrasonic vibration deep-hole lapping is a kind of application of the ultrasonic vibration cutting technology in deep-hole lapping, which can effectively solve the problem of low machining efficiency, low material removal rate in the general lapping process, it is superior to the general lapping in craft. Therefore, the ultrasonic vibration deep-hole lapping technology has an important sense for the deep-hole finish machining and the super finish.Through theoretical analysis and research, the establishment of deep abrasive ultrasonic vibration and ultrasonic vibration grinding motion model to study the mechanism. Single grain of additional axial ultrasonic vibration theory of material removal rate were analyzed and the corresponding theoretical model of material removal rate. Transmit link's mathematical model respectively about the every parts of the vibrating system was established, it provides the theoretical basis with the vibrating system's vibratory characteristic analysis and the structural design.Analysis of the horn geometry, conical mandrel, and the ground cover’ effect on the vibration system.Based on the analysis of the ultrasonic vibration deep-hole lapping, lots of theoretical analysis. In addition, a ultrasonic vibration deep-hole lapping in stallment was designed and manufactured.Completed the manufacture of ultrasonic vibration deep hole grinding device, the sound vibration of the vibration test and debug the system, vibration get a good result. The final test indicated that the ultrasonic vibration lapping can works well.Keywords:ultrasonic vibration lapping；deep-hole lapping；lapping mechanism目录1绪论 (1)1.1 研究超声振动深孔研磨技术的目的和意义 (1)1.2 超声振动研磨加工技术的国内外研究现状 (1)1.2.1 超声振动加工技术 (1)1.2.2 超声振动研磨加工技术 (4)1.3 设计内容及基本要求 (7)1.4 设计思路 (7)2 超声振动深孔研磨机理研究 (9)2.1 普通研磨与超声振动研磨 (9)2.2 超声振动深孔研磨的机理分析 (12)2.2.1 单颗磨粒运动模型 (12)2.2.2 单颗磨粒切削运动分析 (13)2.2.3 单颗磨粒切削用量分析 (16)2.2.4 单颗磨粒材料去除率理论分析 (18)2.3 小结 (19)3 超声振动深孔研磨装置的设计与研制 (21)3.1 超声振动深孔研磨装置的设计原则 (21)3.2 超声振动深孔研磨装置声振系统的设计 (21)3.2.1 超声波发生器和换能器的选用与匹配 (21)3.2.2 超声变幅杆的设计 (25)3.2.2.1超声变幅杆的选用 (25)3.2.2.2阶梯形变幅杆的设计 (28)3.2.2.3阶梯形变幅杆与换能器和研磨工具的连接 (31)3.2.3 研磨工具的设计 (32)3.2.3.1对研磨工具的技术要求 (32)3.2.3.2铸铁研磨工具 (32)3.2.3.3 研磨工具的设计 (33)3.3 超声振动深孔研磨装置的设计 (34)3.4 小结 (36)4 超声振动深孔研磨声振系统试验研究 (37)4.1 声振系统的振动试验 (37)4.1.1 试验目的和方法 (37)4.1.2 试验内容 (39)4.1.3 试验步骤及数据记录 (40)4.1.3.1 换能器的试验 (40)4.1.3.2 变幅杆的试验 (40)4.1.3.3 锥形心轴的试验 (42)4.1.3.4 声振系统的的试验 (44)4.2 小结 (44)5结论 (45)参考文献 (46)致谢 (48)1绪论在切削加工领域，提高工件加工精度的方法很多，其中一个非常重要的研究方向在于努力减小工件加工过程中的切削力和切削热。
超声辅助加工发展现状及未来趋势分析
超声辅助加工发展现状及未来趋势分析超声辅助加工是一种利用超声波在材料加工过程中产生的力和微振动效应来提高加工效率和品质的新兴技术。
它在金属加工、陶瓷加工、玻璃加工、塑料加工等领域都有广泛应用。
本文将分析超声辅助加工的现状以及未来的发展趋势。
首先，我们来看超声辅助加工的现状。
随着加工技术的不断提升和超声辅助加工技术的逐渐成熟，越来越多的制造企业开始使用超声辅助加工技术。
超声辅助加工可以提高加工精度和表面质量，同时还能降低加工过程中的工具磨损和切削力，从而延长工具寿命。
通过超声辅助加工，可以实现对微小细节的加工，提高加工效率和加工精度，并缩短加工周期。
其次，超声辅助加工在不同领域的应用也在不断扩展。
在金属加工领域，超声辅助加工可以用来加工硬脆材料，如陶瓷、玻璃、石墨等，可以实现对高硬度材料的加工和切削。
在塑料加工领域，超声辅助加工可以用来实现对微细结构的加工，提高塑料制品的表面光洁度和尺寸精度。
在医疗领域，超声辅助加工技术可以用于植入物的制造和修复，具有很大的应用潜力。
超声辅助加工技术还具有许多优势。
首先，它可以降低热变形和应力集中现象，减少材料的退火现象，提高加工品质。
其次，超声辅助加工可以降低加工过程中的切削力和磨损，从而延长工具寿命。
此外，超声辅助加工可以减少加工过程中的切削力和振动，在一定程度上减少环境噪音和震动对设备的损坏。
在未来，超声辅助加工技术有着广阔的应用前景。
首先，随着高性能材料的不断发展和广泛应用，对高精度加工和特殊形状加工的需求也在增加。
超声辅助加工技术可以满足这一需求，提高加工精度和加工效率。
其次，随着人们对生活品质要求的提高，对制造品质和加工表面质量的要求也越来越高。
超声辅助加工技术可以实现对微细结构的加工，提高制造品质和加工表面质量。
此外，超声辅助加工技术在医疗领域也有广阔的应用前景，可以用于植入物的制造和修复。
未来随着超声辅助加工技术的不断发展和创新，它将能够适应各种复杂、高精度和高材料性能要求的加工需求。
超声振动车削加工的研究现状及进展
溢出效应的主要 因素 ，因为每 １ 个单位 的技术差距 ，只能引起 参 考文献 １．％的溢出效应 的发生 。也就是说 ， 阳市装备制造业 内外资 １陈涛涛外 商直接投资的行业内溢出效应【 】Ｂ 经济科学出版社，０４ ２ ７ 沈 Ｉｊ 京： Ⅵ ２０ ． 企业 目前的技术差距还不足以能够充分影响外商直接投资的技 术溢出效应 ， 内资企业还应该继续提升 自身 的技术水平 ， 减少与 外资企业 的技术差距 ，使 自身能够对吸收的溢出效应进行 转化
生在 ２ ０世纪 ６ ０年代对超声振动切削技术完成 了大量开创性工
阳市部分大 中型国有企业所 有制结构不合理 ， 生产设备老化 ， 生 我国工业企业 的必 由之路。外资企业 的进入给我国的经济发展
产效率低下 ， 因而造 成资不抵 债 ， 连年 亏损 ， 严重影 响了整 个产 带来 了一派繁荣的景象 ， 但是我们 同时也应该看到 ， 利用外资企
中图分 类号 ：Ｈ１ ， Ｇ 文献标 识码 ： Ｔ ６Ｔ ５ Ａ
１ 前言
超声振动切削技术是把超声波振动的力有规律地加在刀具
★来稿 日期 ：０ ６ １— ３ ２ ０ — ２ ２
上使刀具周期性地切削和离开工件 的加工技术 ，是结合超声波 技 术和传统切削工艺的一种新型切削技术。 １本 隈部淳一郎先 ３
个 百 分点 。
极端的情形 是 ， 资企业 获得垄断地位后 ， 外 利用不完善 在模 型 ５中 ，Ａ Ｆ Ｃ与 Ｆ Ｒ的乘积项 的回归系数 ６显 著为 的利益 ， Ｏ 获取超额利润 ， 并将利润输 回母国。 因此 ， 政府 正， 统计结果表 明， 外资企业与内资企业 的技术差距有 利于外资 的市场竞争条件 ， 企业 的溢 出效应 ， 但是从系数上来看 ， 技术差距并不能作为影响 在看到引进外资积极面 的同时 ， 也应该注意防范风险 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
向 超
数减小.
声
振 动
机理：材料的塑性变形主要发生在滑擦和犁削作
磨 用阶段，由于垂直于切削方向的超声振动促使滑 削
技 擦和犁削比例相对减小，从而比磨削能减小，表
术 面热损伤也显著降低。
研究现状
径向超声振动磨削在提高加工效率以及改善砂轮 一
维 使用性能等方面具有显著优势。
径
向
超
声 Mult等对烧结氮化硅以及氧化铝陶瓷进行径向超 振 动 声磨削试验，发现磨削力大幅度减小以及材料去
的最大速度小于砂轮线速度则不会发生切削刃与
磨 工件的分离，此时超声振动对加工作用的影响将 削
技 不显著。
术
研究现状
一 田中行雄等研究了砂轮切向超声振动对不锈钢工
维 切 件材料去除率及表面形貌的影响，结果表明：材
向 超
料去除率的增加不显著；由于砂轮旋转一周时单
声 颗磨粒对工件上同一点的重复切削次数增加，导
研究现状
一 Uhlmann通过单颗磨粒划擦试验，分析了先进陶
维 径 瓷径向振动磨削的表面形成机制。试验表明超声
向 超
辅助改变了磨粒加工运动轨迹，导致磨粒与工件
声 的断续接触，得到断续切削沟槽。
振
动
磨
削
技
术
研究现状
一 Qu指出径向振动磨削的最大未变形切屑厚度远
维 径 大于普通磨削的切屑厚度，从而比磨削能会大幅
UV优AM点
提高脆性与研性域发生转变的临界切 削深度，实现脆性材料的延性域加 工，使复杂光学元件表面超精密加工 可以不须采用磨削和抛光的方法完成 加工。
发展回顾
超 声
首先是应用在材料的切削加工
振 1927年，R.W.Wood和A.L.Loomis发表了有
动 磨 关超声波加工的论文，超声加工首次提出。
二 维 将金刚石磨粒电镀在椭圆振动超声波马达的定子
超 声
表面制成椭圆振动砂轮，磨削加工时砂轮作旋转
振 运动以及垂直进给运动，工件在工作台水平面作
动 磨
平移运动，此加工方法在本质上是砂轮切向振动
削 与径向振动复合的磨削方法。 技
术
研究现状
利用此技术对单晶硅材料进行磨削试验，研究结
二 维 果表明：椭圆振动磨削的磨削力大幅度降低；材
振 动
致表面粗糙度的增加。
磨
削
技
术
研究现状
一 张洪丽从几何运动学角度建立了单颗磨粒的切削
维 切 模型，证实切向超声振动辅助磨削可以得到更短
向 超
的切屑，更长的切削路径。
声
振
动
磨
削
技
术
研究现状
一 任升峰等对Nd-Fe-B永磁材料进行研究，结果表
维 切 明切向超声振动磨削使法向磨削力有所降低，表
向 超
超声振动辅助磨削技术研究进展
汇报人：张玉周 导 师：徐西鹏 教授
内容
1
前言
2
发展回顾
3
研究现状
4
发展趋势
前言
不足
概念
优势
前言
航空、电子、光学及通信工业的新技术迅猛发展， 对硬脆性材料、难加工材料和新型先进材料的需求 日益增多，对关键零件的加工效率、加工质量和加 工精度提出了更高的要求。
前言
传统加工方法是超精密磨削和单点金刚石切削； 产生较大的磨削力以及磨削热，引起工件表面、 亚表面损伤以及砂轮寿命低； 严重制约着零件加工精度及加工效率。
发 展
超声振动磨削加工在难加工材料和高精度零件
回 的加工方面显示了很大的优越性。 顾
发展回顾
超 声
1986年日本学者石川健一受超声电机椭圆振
振 动特性启发，首次提出了“椭圆振动切削方
动 磨 法”（elliptical vibration cutting）。
削
技
术
发
展
回
顾
发展回顾
超 声
20世纪90年代初，日本神户大学社本英二等
削 技
脆性断裂增加。
术
研究现状
粗糙度的轻微增加可能是由于同时发生切削作用
一 维
的有效磨粒切削刃数量增加以及工件表面塑性变
径 形减小所致。 向
超
声
振 在磨粒一次切削周期内，磨粒切削刃比普通磨削 动 磨 更早的切入以及更晚地脱离工件表面，这增长了
削 技
脉冲作用周期，增加了接触压力，由此产生了更
术 多材料微观断裂，促使材料去除率增加。
动 磨 界上首次提出并实现采用超声频调制电火花与
削 超声波复合的研磨、抛光加工技术。与纯超声 技
术 波研磨、抛光相比，效率提高5倍以上，并节约
发 展
了大量的金刚石磨料。
回
顾
发展回顾
超 声
20世纪80年代后期，天津大学李天基等人在
振 高效的超声磨削复合加工方法，效率比传统的
向 超
度降低。Qu等还证实当磨削速度与振动频率的
声 比值较小时，超声振动对表面裂纹扩展的阻碍作
振 动
用显著。
磨
削
技
术
研究现状
一 局限性：一般仅适合在较大的振动振幅以及较小
维 切 的砂轮速度的条件下应用。
向 超
原因：材料的去除是利用切削刃与工件材料的周
声 期分离作用，而在较高的砂轮速度下，工件振动
振 动
前言
UVAG是一种间歇式的加工方法； 小幅的振动以超声频率附加在工具或工件上，使 得加工工具的运动学发生改变； 结合了金刚石磨削加工材料去除机理和超声加工 特点的复合磨削加工技术。
前言
优点 可产生加工力减小和切屑减薄的效果 优点 改善工件表面精度和形状精度
前言
优点 提高材料去除率，延长工具的寿命
装置通常可输出功率1kW，切削深度为0.01～
0.06mm。
发展趋势
超声椭圆振动加工技术的研究
超声波椭圆振动加工技术已越来越受到国际学
发 术界和企业界的重视。但是，超声波椭圆振动
展 加工在理论和应用方面还有许多工作要做。尤
趋 势
其是对硬脆性材料的超精密加工、微细部位和
微细模具的超精密加工等方面还需要进一步研
究
发展趋势
微细超声加工技术
以微机械为代表的微细制造是现代制造技术中
发 的一个重要组成部分。晶体硅、光学玻璃、工
展 程陶瓷等硬脆材料在微机械中的广泛应用，使
趋 势
硬脆材料的高精度三维微细加工技术成为一个
重要研究课题。
发展趋势
目前可适用于硬脆材料微细加工的手段主要有
光刻、电火花、激光、超声加工等特种加工技
术
发展趋势
超声振动辅助磨削技术是一个新的研究领域， 其加工机理、加工方法及加工装置的研究还有
发 待于深入和完善。 展 趋 势
发展趋势
高效稳定超声振动系统研究
现有的实验及实用振动切削加工系统输出功率
发 小、能耗高，因此，期待实用的大功率振动系
展 统到目前为止，输出能量为4kW的振动系统已
趋 势
研制出来并投产使用。在日本，超声振动切削
振 向及轴向的超声振动，磨粒相对于工件的运动轨
动 磨
迹为椭圆回转形状。
削
技
术
研究现状
对纳米氧化锆陶瓷的磨削试验结果证实超声振动
二 维 磨削的表面质量明显提高，粗糙度可减小30%～
超 声
40%，磨削力减小20%～30%，砂轮的使用寿命
振 提高，材料去除率提高并且能够增加延性域切削
动 磨
深度，实现陶瓷材料的精密加工。
面质量较高，但会使切向磨削力急剧升高，导致
声 磨削力比达到了磨削加工塑性金属材料的程度。
振
动
磨
削
技
术
研究现状
一
一维轴向超声振动磨削优点在于加工表
维
面质量的显著提高；一维径向超声辅助
超
声
磨削优点在于加工效率的大幅度提高；
振 动
小结 一维切向超声辅助磨削在应用上有局限
磨
性。
削
技
术
研究现状
铃木清等开发了一种超声波椭圆振动磨削技术，
动 磨
以及变质层厚度减小，从而能够显著提高表面质
削 量。 技
术
研究现状
分别用单晶硅以及蓝宝石晶体作为加工工件，
二 维 进行磨削试验，结果证实磨削力降低可达
超 声
30%，表面粗糙度降低达到20%，并且加工表
振 面较为光滑，表面光洁度显著提高。这表明椭
动 磨
圆振动磨削技术在提高加工效率和表面质量方
削 面具有更好的综合加工性能。 技
磨 削
主要由垂直方向粗糙度决定，通过改变加工参数
技 方法很难显著降低表面粗糙度。
术
研究现状
一 Denkena研究发现在轴向振动磨削过程中，砂轮 维
轴 轴向分布的不同磨粒对工件起重复研磨作用，从
向 超
而能获得高质量加工表面。还指出使用普通粒径
声 大小的砂轮磨粒进行超声波磨削时，超声波辅助
振 动 作用对表面质量不会有积极影响。
振 人对超声椭圆振动切削技术进行了深入研究，
动 磨 利用金刚石刀具采用双激励双弯曲合成椭圆振
削 动的方式对黑色金属、淬火不锈钢进行精密车 技
术 削，最小表面粗糙度可以达到Ra0.0106um，不
发 展
但解决了金刚石不能加工黑色金属的难题，而
回 且使这项技术达到了实用化阶段。 顾
发展回顾
超 声
20世纪50年代，我国开始进行了振动加工的
超 声
的周期分离现象，磨削刃作用时间变短，摩擦系
振 数大幅度降低，从而促使磨削力大幅度减小，材
动 磨