基于ANSYS設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)超聲加工振動裝置與試驗(yàn)

閆志剛，郭麗娜，朱永偉，紀(jì)能健

（1.揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225127；2.江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

0 引言

隨著硬脆材料（玻璃、石英、陶瓷）等復(fù)合材料應(yīng)用的越來越廣泛，對其加工精度的要求也越來越高。如何實(shí)現(xiàn)硬脆材料的高精度和高效加工已成為現(xiàn)代加工技術(shù)的難題。傳統(tǒng)的機(jī)械加工由于切削力會產(chǎn)生發(fā)熱、變形等問題，降低了產(chǎn)品的性能［1］。

旋轉(zhuǎn)超聲加工是高效加工硬脆性材料的方法，它可以看作是利用旋轉(zhuǎn)的金剛石磨削和超聲振動的復(fù)合加工［2］，該方法解決了單超聲加工材料去除率低、加工完的產(chǎn)品表面粗糙度大等問題，還降低了工具頭的磨損。關(guān)于旋轉(zhuǎn)超聲加工的機(jī)理，目前的研究結(jié)果如下：在超聲高頻振動作用下懸浮液中的磨料連續(xù)擊打被加工件表面，工件的表面逐步破碎并去除［3］；金剛石工具頭固結(jié)磨粒在工件表面進(jìn)行不斷的刮擦；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動了碎屑的持續(xù)運(yùn)動，促進(jìn)了碎屑在工作液中流動，有利于碎屑的排除［4－5］；超聲空化作用使工作液進(jìn)入材料微縫隙中加劇了機(jī)械破壞作用［6］。

本文以陶瓷材料為試驗(yàn)對象，設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)超聲加工振動系統(tǒng)，運(yùn)用ANSYS壓電分析［7］模塊進(jìn)行模態(tài)分析與諧響應(yīng)分析，以驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性，在振幅滿足要求的條件下，構(gòu)建了旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)，對材料進(jìn)行試驗(yàn)，得到了加工深度與表面粗糙度參數(shù)，驗(yàn)證了旋轉(zhuǎn)超聲加工可以顯著提高效率的優(yōu)勢。

1 旋轉(zhuǎn)超聲加工振動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 夾心式壓電換能器設(shè)計(jì)

換能器模型如圖1所示。……