一種碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工裝置及方法
【專利說明】一種碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工裝置及方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工技術(shù)，主要是一種采用超聲銑磨加工技術(shù)對碳纖維復(fù)合材料進行加工的裝置及方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]碳纖維復(fù)合材料具有重量輕、比強度高、比模量高、耐腐蝕、耐高溫等一系列的優(yōu)點，且與人體的肌肉、骨骼、血液有良好的相容性，所以在航空航天、生物醫(yī)學等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用的前景。與金屬材料加工不同，復(fù)合材料中的增強纖維是切削過程中的主要磨損要素，復(fù)合材料中的基體在切削過程中主要將切削力傳遞到纖維上，由于碳纖維復(fù)合材料硬度高、強度大、各向異性、導(dǎo)熱性差、無法進行液體冷卻，因此在傳統(tǒng)的切削加工中存在纖維頭露出、纖維從基體拔出、纖維與基體脫粘等現(xiàn)象，導(dǎo)致工件表面粗糙度較大、甚至工件報廢；并且在切削加工中由于切削熱很難導(dǎo)出，因此刀具磨損嚴重，經(jīng)常刃磨和更換刀具；由于切屑為粉末狀，因此在磨削加工中，導(dǎo)致砂輪孔堵塞，需經(jīng)常修整砂輪。本發(fā)明提出以超聲輔助切削代替?zhèn)鹘y(tǒng)切削的加工方式，以提高表面加工質(zhì)量，降低刀具磨損；超聲輔助磨削代替?zhèn)鹘y(tǒng)磨削的加工方式，采用電鍍砂輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砂輪，提升了碳纖維復(fù)合材料的加工性能。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了避免上述技術(shù)中存在的缺點和不足之處，本發(fā)明的目的是要提供一種碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工裝置及方法，以實現(xiàn)高精密、高效率、高質(zhì)量、低成本地加工碳纖維復(fù)合材料。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工裝置，由超聲波發(fā)生器、超聲換能器、變幅桿、刀具、刀柄和機床本體組成；
所述的超聲波發(fā)生器將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，提供工具端面往復(fù)振動和去除被加工材料的能量；所述的超聲換能器是超聲振動系統(tǒng)的核心部件，將超聲發(fā)生器產(chǎn)生的超聲頻電能轉(zhuǎn)換成超聲振動的機械能；所述的超聲變幅桿是一個上粗下細的棒桿，在超聲振動系統(tǒng)工作過程中，將壓電或者磁致伸縮換能器的小變形量進行振幅放大和聚能后再傳輸?shù)焦ぞ哳^，進而實現(xiàn)對工件的超聲加工；所述的刀具選用電鍍的金剛石砂輪磨頭對非燒蝕碳/碳復(fù)合材料進行銑磨加工，避免砂輪孔堵塞而造成砂輪鈍化、加工尺寸精度不高的缺點；所述的刀柄的采用BT40刀柄；所述的超聲振動裝置安裝到機床本體上，構(gòu)成碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工裝置平臺。
[0008]一種碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工方法，包括以下步驟:
由超聲發(fā)生器產(chǎn)生高頻電振蕩，施加于超聲換能器上，將高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成超聲頻振動；超聲振動通過變幅桿放大振幅，并驅(qū)動以一定的靜壓力，壓在工件表面上的工具產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動，工具振動頻率超過每秒兩萬次；工具上同時疊加一個旋轉(zhuǎn)運行，保證加工精度并使切屑在有效范圍內(nèi)被快速清除；磨料懸浮液在超聲振動和一定壓力下，不停地高速沖擊懸浮液中的磨粒，促使磨料高速拋磨工件表面；同時超聲振動產(chǎn)生空化現(xiàn)象，在工件表面形成液體空腔，促使混合液滲入工件材料的縫隙里，空腔的瞬時閉合產(chǎn)生強烈的液壓沖擊強化了對工件材料的機械拋磨；加工區(qū)磨料懸浮液不斷攪拌循環(huán)、加工產(chǎn)物不斷排除，實現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工的目的。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
A、頻率:超聲電源的頻率和變幅桿的固有頻率一致,保證施加到變幅桿上的振動能弓I起變幅桿共振；
B、粗糙度:采用超聲銑磨加工，碳纖維復(fù)合材料工件表面質(zhì)量有明顯提高，降低約16%"36% ；
C、磨頭方向受力:采用超聲加工，磨頭進給方向受力約降低44%，磨頭下壓方向受力約降低46% ；
D、溫升:經(jīng)對比，普通加工溫升為9°C，超聲加工溫升為6.4°C，超聲加工溫升降低29%，如果提高切削深度和進給速度等加工參數(shù)，加工溫度升高時，這種優(yōu)勢會更加明顯〃。
[0010]
【附圖說明】
[0011]圖1是碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工裝置示意圖。
[0012]圖中:1、超聲發(fā)生器，2、超聲換能器，3、變幅桿，4、刀具，5、刀柄，6、機床本體。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0015]一種碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工裝置，由超聲發(fā)生器1、超聲換能器2、變幅桿3、刀具4、刀柄5、機床本體6組成；
所述的超聲發(fā)生器I與超聲換能器2連接；所述的超聲換能器2與變幅桿3連接；所述的變幅桿3與刀具4連接；所述的超聲振動裝置與刀柄5連接；所述的超聲振動裝置安裝在機床本體6上方。
[0016]一種碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工方法，包括以下步驟:
由超聲發(fā)生器產(chǎn)生高頻電振蕩，施加于超聲換能器上，將高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成超聲頻振動；超聲振動通過變幅桿放大振幅，并驅(qū)動以一定的靜壓力，壓在工件表面上的工具產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動，工具振動頻率超過每秒兩萬次；工具上同時疊加一個旋轉(zhuǎn)運行，保證加工精度并使切屑在有效范圍內(nèi)被快速清除；磨料懸浮液在超聲振動和一定壓力下，不停地高速沖擊懸浮液中的磨粒，促使磨料高速拋磨工件表面；同時超聲振動產(chǎn)生空化現(xiàn)象，在工件表面形成液體空腔，促使混合液滲入工件材料的縫隙里，空腔的瞬時閉合產(chǎn)生強烈的液壓沖擊強化了對工件材料的機械拋磨；加工區(qū)磨料懸浮液不斷攪拌循環(huán)、加工產(chǎn)物不斷排除，實現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工的目的。
【主權(quán)項】
1.一種碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工裝置，其特征在于:由超聲波發(fā)生器、超聲換能器、變幅桿、刀具、刀柄和機床本體組成；所述的超聲波發(fā)生器將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，提供工具端面往復(fù)振動和去除被加工材料的能量；所述的超聲換能器是超聲振動系統(tǒng)的核心部件，將超聲發(fā)生器產(chǎn)生的超聲頻電能轉(zhuǎn)換成超聲振動的機械能；所述的超聲變幅桿是一個上粗下細的棒桿，在超聲振動系統(tǒng)工作過程中，將壓電或者磁致伸縮換能器的小變形量進行振幅放大和聚能后再傳輸?shù)焦ぞ哳^，進而實現(xiàn)對工件的超聲加工；所述的刀具選用電鍍的金剛石砂輪磨頭對非燒蝕碳/碳復(fù)合材料進行銑磨加工，避免砂輪孔堵塞而造成砂輪鈍化、加工尺寸精度不高的缺點；所述的刀柄的采用BT40刀柄；所述的超聲振動裝置安裝到機床本體上，構(gòu)成碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工裝置平臺。
2.一種碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工方法，其特征在于:包括以下步驟:由超聲發(fā)生器產(chǎn)生高頻電振蕩,施加于超聲換能器上,將高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成超聲頻振動；超聲振動通過變幅桿放大振幅，并驅(qū)動以一定的靜壓力，壓在工件表面上的工具產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動，工具振動頻率超過每秒兩萬次；工具上同時疊加一個旋轉(zhuǎn)運行，保證加工精度并使切屑在有效范圍內(nèi)被快速清除；磨料懸浮液在超聲振動和一定壓力下，不停地高速沖擊懸浮液中的磨粒，促使磨料高速拋磨工件表面；同時超聲振動產(chǎn)生空化現(xiàn)象，在工件表面形成液體空腔，促使混合液滲入工件材料的縫隙里，空腔的瞬時閉合產(chǎn)生強烈的液壓沖擊強化了對工件材料的機械拋磨；加工區(qū)磨料懸浮液不斷攪拌循環(huán)、加工產(chǎn)物不斷排除，實現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工的目的。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲銑磨加工裝置和方法，所述的裝置包括超聲波發(fā)生器、超聲換能器、變幅桿、刀具、刀柄和機床本體。所述的方法，采用超聲輔助銑磨加工方法對非燒蝕碳/碳復(fù)合材料進行加工。本發(fā)明采用超聲電源的頻率和變幅桿的固有頻率一致,保證施加到變幅桿上的振動能引起變幅桿共振；采用超聲銑磨加工，碳纖維復(fù)合材料工件表面質(zhì)量有明顯提高，粗糙度降低約16%~36%；采用超聲加工，磨頭進給方向受力約降低44%，磨頭下壓方向受力約降低46%；超聲銑磨加工和傳統(tǒng)銑磨加工碳纖維復(fù)合材料切削溫度對比,超聲加工溫升降低29%。
【IPC分類】B24B1-04
【公開號】CN104647147
【申請?zhí)枴緾N201310600238
【發(fā)明人】鞠洪建
【申請人】大連康賽譜科技發(fā)展有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年11月25日