基于超声喷丸原理设计制作了利用伺服系统进行数控进给的旋转辅助超声冲击强化装置;利用波动方程和传统复合变幅杆设计理论,设计了圆锥复合变幅杆,用ANSYS软件对其进行了模态分析、谐响应分析和动力学分析。用该装置对镁合金试件表面进行冲击强化试验。结果表明,旋转辅助有利于提高试件表面冲击覆盖率;经ANSYS分析优化后的变幅杆结构合理,阻抗分析结果显示振动性能较好;在输入端直径相同的情况下,放大系数和最大应力值随着变幅杆过渡段长度的增大而不断减小。

SiCp/Al的硬脆性使其在微孔钻削中很难形成高质量表面,且孔出口崩边严重。提出在扩孔钻削的基础上施加轴向超声辅助对SiCp/Al进行微钻削加工。文章分析了超声辅助微钻削的断续切削条件以及主切削刃与横刃在微钻削过程中的切削状态,采用传统钻削,超声辅助钻削,扩孔钻削,扩孔超声辅助钻削等四种切削工况分别加工f0.9mm,2mm深的通孔,对比微孔钻削力、孔壁质量和孔出口质量。结果表明施加轴向超声辅助微钻削对孔的内壁质量有较明显改善,但崩边情况仍然严重。扩孔加工可有效抑制孔出口的崩边情况,但在同等参数条件下孔内壁质量比超声辅助钻削所得孔壁质量差。相比其他工况,利用超声辅助扩孔钻削加工所得的孔的综合质量最高。

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。

基于传统形状的变幅杆放大系数与形状因数不能同时放大的局限性，以3次样条曲线作为变幅杆轴截面的母线形状，应用ANSYS有限元动力学分析与优化设计方法，设计出了在满足材料许用工作应力条件下、具有良好形状因数与较大振幅放大系数的新型变幅杆。

为研究当每齿进给量小于刀具刃口半径时,每齿进给量对微铣削力变化规律及已加工表面形貌的影响,使用两刃平底硬质合金微铣刀对体积分数为30%的铝基碳化硅复合材料(SiCp/Al)进行了微铣削试验。研究表明当每齿进给量小于刃口半径时,总铣削力随着每齿进给量的增大呈现先增大后减小再增大的趋势;已加工表面存在基体涂抹、微裂纹、颗粒破碎、浅凹坑、孔洞和划痕等表面缺陷,并随着每齿进给量呈现出一定的规律。

运用fluent软件对微孔近壁面处的磨粒相对壁面的压强和速度进行分析计算,求得在微孔壁面处沿轴线方向的速度和压强,在轴向方向上微孔壁面处的速度变化不大,而在轴向方向上微孔壁面处的压强呈逐级递减的趋势,通过切削经验公式Preston方程计算得到磨粒在不同时间下对微孔长度方向上的材料去除量,与相同实验参数下的加工成形的倒锥角微孔进行对比,仿真结果与实际加工中的微孔的倒锥角相吻合。从而实现控制加工时间来实现不同微孔倒锥形角度的加工成形研究。

通过将流体磨料充满圆孔工件中,用活塞推动磨料在圆孔中流动,活塞挤压一个行程为一个循环。同一工件用同一种流体磨料循环加工,对同一点可测试其直径的变化量;并将此测量点的直径变化量代入修正过的基于软性磨料流加工微孔的Preston方程的k_p参数公式;并对不同质量分数下的软性磨料流基于Preston方程的k_p参数进行了测定与计算。通过分析不同质量分数下的软性磨料流的k_p参数,得出：随着磨料质量分数的提高,软性磨料Preston方程的kp参数也随之不断增加,表现为对微孔表面的材料去除能力也越来越强。随着磨料质量分数的提高,软性磨粒流的材料去除率越大。

通过对TC4钛板上钻削Ф0.1mm微孔的研究,建立了一种能够精确预测钻头所受钻削力的切削力模型。利用解析法分别将主切削刃和横刃离散成一系列斜角切削单元和直角切削单元;应用Deform软件,并充分考虑微细加工中特有的尺寸效应,模拟出每个单元所受的力;建立切削单元的局部坐标系与整个钻头的整体坐标系,将每个切削单元所受的力转化为整个钻头所受的力,进而求出整个钻头的轴向力与扭矩。通过多组工艺参数的仿真与实验,表明该切削力模型能够比较精确地测出微钻削过程中的钻削力。

以3次B样条曲线作为超声变幅杆横截面的轮廓形状，应用有限元软件ANSYS的动力学分析功能与优化设计方法，设计出在既能满足材料许用工作应力、又具有较高形状因数与较大振幅放大系数的新型超声变幅杆。应用Matlab软件对其节点位置进行理论计算。针对传统基于波动理论的求解方法计算量大，变幅杆轮廓线质点与对应轴线质点之间存在相对偏移等问题，提出一种基于Ansys有限元动力学分析与优化设计方法的变幅杆节点定位方法。并应用于传统形状变幅杆进行比较，验证了其正确性。