加工硬脆材料优势及特点分析

　　根据硬脆材料具有很高的硬度和脆性特点,建立了超声波研磨加工硬脆材料去除理论模型,从理论上分析了超声波研磨加工硬脆材料的去除原理和加工优势,详细地分析了加工间隙、磨粒大小和超声波声压对材料的去除率和加工质量的影响。研究表明,基于超声波研磨加工在佳组合条件下能够有效提高工件表面质量,实现精密超精密加工。我国成为世界重要的制造业基地,国家把先进制造技术列为今后15年重点发展的技术领域,提高机械加工质量成为重中之重。零件的表面质量不仅直接影响产品外观、决定零件工作状况好坏,并且终将影响零件的使用性能和使用寿命。尤其是一些硬脆材料,由于具有很高的硬度和脆性特点,其加工困难、加工;因此,硬脆材料的精密、超精密加工成为先进制造加工技术的重要研究领域。

超声波研磨加工模型超声波研磨加工中,超声研磨工具头的端面和工件表面保持一固定的加工间隙,并在其间充以含微细磨料的工作液。超声波研磨加工过程中工具主要起发射超声波的作用,含有磨粒的工作液在超声波作用下,电解液中的磨粒脉冲式冲击工件表面。虽然磨粒的冲击具有随机性,但是对微观表面上凸处冲击到的机率应该高于凹处,并且因为磨粒量大、粒小,对表面的加工是均匀且柔和的。研究表明,超声波研磨加工硬脆材料主要是依赖表面层微裂纹的扩展、生成,从而使材料脆裂、脱落,形成加工表面。为此,我们假设:工作液中微细磨粒对表面的作用是直接的,即某一颗直接作用在表面上,与其它磨粒无能量交换。工作液介质是均匀的。磨粒垂直作用于被加工表面。单颗磨粒作用于被加工表面可视为弹性球对工件表面的冲击。

因此材料的去除率随着磨粒尺寸增加而增加,随着磨粒尺寸减少而减少。当然在实际加工中,细粒度磨粒较细且均匀较好,在相同加工表面上磨粒就多并且磨粒相对间隙较小,则表面受到冲击力就较均匀,并且由知,颗粒愈小冲击力就较小而且柔和,故材料的表面质量高。粗粒度磨粒较大,就会影响磨粒在加工间隙中自由运动而受到约束,并且由于磨粒均匀性较差,进而影响磨粒冲击材料表面,造成工件表面去除量不均匀,故粗粒度研磨比细粒度的表面质量要低。当然去除率愈大,其加工速度就相对愈快,有利于提高加工效率,故材料的去除率与材料的表面质量是相互矛盾的,即加工速度与加工质量是相互矛盾的,所以应该选择适当的磨粒大小的磨粒。

去除率随着加工间隙增加而减少,随着加工间隙减少而增加。当工具和工件之间的加工间隙太小时,将导致电解液不能进入或很少进入,故造成加工间隙中的有效微细磨粒较少,使工件表面受到冲击不均匀,所以引起材料的表面质量下降,当然材料去除率也较小;当工具和工件之间的加工间隙太大时,直接造成能量损失,使材料去除率变小,同时由于空间太大,造成磨粒的随意性大,从而造成磨粒冲击表面任意性增加,所以终造成材料表面质量也下降。

本文主要从理论上分析了超声波研磨加工硬脆材料的加工优势,主要是提高了加工精度和表面质量,分析了加工间隙h、磨粒大小R、超声波声压本文介绍了一种环形油缸驱动的粉末成形模架,该模架具备了压制高精度、高强度、上二下三台面复杂形状零件的能力。本粉末成形模架的结构,造成本低。采用该模架压制不同的零件时,只需更换阴模和模冲,而且更换模具的操作十分简便。在设计过程中采用有限元分析方法对模架的静特性和动特性进行了计算分析,验证了该粉末成形模架结构设计的合理性。