通过对陶瓷材料的材料去除机理分析,发现了其材料去除率随超声振动频率的增大、碰撞粒子总数的增多、施加静压力的增大而增大。采用了复频超声加工方法对不同自由质量块下超声振动的频率进行了测量,发现了对于同样直径的自由质量块,球形自由质量块产生的低频频率比圆柱形自由质量块产生的低频频率高。通过对不同自由质量块下的陶瓷材料进行超声钻孔实验,发现了对于圆柱形自由质量块,其对应的材料去除率在一定范围内随直径(质量)的增大而增大,而球形自由质量块对应的材料去除率在一定范围内随直径(质量)的增大先增大后减小。且对于同样直径的自由质量块,球形自由质量块对应的材料去除率要比圆柱形自由质量块对应的材料去除率更高,加工效率更好。直径为6mm的球形自由质量块对应的材料去除率最高,为123(mg/min),而不放入自由质量块对...

超高导热陶瓷基板作为新一代大规模集成电路的理想封装材料,其硬脆特性为加工带来了极大的困难。在工程陶瓷传统超声加工理论的基础上,针对因超声波发生器功率有限造成的传统单频超声加工振幅难以提高的问题,通过添加自由质量块引入低频大振幅振动的方法,实现了复频超声加工;针对因自由质量块的非正常碰撞造成复频超声加工单元频率不稳定的问题,对自由质量块进行优化设计,有效提高了装置的稳定性;针对因低频大振幅振动引入造成工件出入口处崩边现象加剧的问题,设计了自由质量块捕捉装置,搭建了“刚柔并济”的复频超声加工试验系统;针对影响其加工效率的工艺参数进行了试验研究,试验结果表明与传统超声加工方法相比,在合理选择自由质量块和轴向静压力的条件下,该方法在保证加工精度的同时,可大幅提高加工效率。

复频超声加工是加工硬脆材料的有效方法之一,现有的超声加工机床中,钻杆和变幅杆多为同种材料采用螺纹结构连结,不同种材料,因其弹性模量不一致而限制了以多种材料螺纹连接制造超声钻杆的可能。针对该问题,以YT15硬质合金制作超声钻杆,运用ANSYS软件的模态与谐响应分析,分析了其在工作中的动态性能,以复频超声加工机床的实验为基础,并选用合适的制造工艺,设计了一种多材料复频超声钻杆,以实验验证硬质合金钎焊工艺在超声中的可能性。结果表明;新型超声钻杆可以在现有的超声机床上实现稳定、高效的超声加工,且验证了钎焊工艺是超声加工机床部件连接的一种有效方法。

传统的超声振动系统全谐振设计方法要求组成超声振动系统的各个单元有相同的谐振频率,各个组成单元的结构尺寸由谐振频率确定,而超声珩齿系统中的齿轮结构尺寸是由它的使用要求决定,是非谐振单元,不能用全谐振理论设计,采用力耦合方法,将齿轮简化为环盘,将它和变幅杆组合并联合建立动力学方程,实现了非谐振单元组成的超声变幅器的设计。

针对变幅杆振动分析的一维振动求解理论和齿轮超声加工研究现状，提出基于三维弹性动力学方程，利用能量变分原理，采用里兹法求解特征值的方法，统一了圆锥、圆截面指数形和悬链形变幅杆的扭转、纵向、弯曲振动的固有频率和振型求解方法；计算了不同直径比、长径比变幅杆的四位有效数字无量纲固有圆频率。设计加工了大、中、小截面指数形变幅杆，并利用锤击激励法做了模态实验。对其一维欧拉一伯努利、三维振动里兹数值法、有限单元法、实验模态法进行对比分析，结果表明：三维振动里兹数值法求解结果比一维振动求解理论准确，可以作为其他数值求解方法的验证标准；为其他非均匀截面变幅杆的振动特性分析提供了一种新的求解方法。

Y6DL-3型动态电阻应变仪采用交流供桥、载波放大的型式,但在使用中该应变仪中的LCπ型滤波器没有将载波信号完全滤掉,影响了小信号的测量。针对上述实际情况,利用滤波器设计软件Filterlab2.0设计了一个四阶巴特沃斯有源低通滤波器,将其应用在Y6DL-3型动态电阻应变仪中,实验结果表明：所设计的滤波器可以有效抑制载波信号,提高信噪比,得到了理想的滤波效果。为解决同类仪器中的信号干扰问题提供了一种很好的思路和方法。

超声加工方法广泛应用于工程陶瓷等硬脆材料的加工生产中。传统超声加工方法运动部件较多,操作复杂,为提高加工效率、降低成本,提出了复频超声加工方法,并建立了自由质量块的数学模型,分析了复频超声加工方法的加工原理,设计并加工了一套复频超声加工装置,并对陶瓷材料进行了实验研究,得到不同加工条件下各试件的材料去除率;比较各试件的材料去除率,发现复频超声加工方法相较于传统超声加工,其加工效率可以提高3倍,这为复频超声加工的设计及推广提供了理论指导。

复频超声加工是在超声加工的基础上，通过自由质量块引入一低频振动，高、低频振动共同完成切削的加工方式。复频超声加工方法能够增大钻头输出端的冲击动应力，提高加工效率，因此是一种应用前景良好的硬脆材料加工方法。分析了复频超声振动系统的工作原理，并根据复频超声振动系统的运动特点，建立了复频超声装置加工硬脆材料的数学模型，研究了自由质量块在加工过程中的作用。陶瓷材料加工试验表明，材料去除率随着自由质量块厚度的增大而增大，且其变化幅度随厚度的逐渐增加越来越明显；很好的验证了理论分析的准确性。对比不同加工时间的试验，结果表明材料去除率的增长率随加工时间的增加而增加，说明材料去除机理遵循裂纹产生、裂纹扩展和材料去除的规律。