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。