机械综合实践项目报告书.docx
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机械综合实践项目报告书.docx
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机械综合实践项目报告书
机械综合实践项目报告书
项目名称:
项目组长:
成员:
联系方式:
指导老师:
2011年月
一项目背景
二项目目标(项目的主要功能、结构与技术指标)
三设计方案(包括原理图、结构图、装配图、零件图、主要结构的计算、工艺路线、实物图片、实物录像、项目实物等)
四项目分工
说明每个人承担的主要工作,以及合作中的问题
五问题与总结
项目的改进方案与市场前景
项目经费使用
项目总结(对项目选题、组织实施的意见和建议等)
要求项目报告书不少于4页
超声加工的原理:
利用作超声频小振幅振动的工具,并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用,使工件材料表面逐步破碎的特种加工,英文简称为USM。
超声加工可用于穿孔、切割、焊接(见超声波焊)、套料和抛光。
加工原理 由超声发生器产生的高频电振荡(频率一般为16~25千赫,焊接频率可更高)施加于超声换能器上(见图[超声加工原理图]),将高频电振荡转换成超声频振动。
超声振动通过变幅杆放大振幅(双振幅为20~80微米),并驱动以一定静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。
工具端部通过磨料不断地捶击工件,使加工区的工件材料粉碎成很细的微粒,为循环的磨料悬浮液带走,工具便逐渐进入到工件中,加工出与工具相应的形状。
特点和应用 超声加工的主要特点是:
①不受材料是否导电的限制。
②工具对工件的宏观作用力小、热影响小,因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件。
③被加工材料的脆性越大越容易加工;材料越硬或强度、韧性越大则越难加工。
④由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用,磨料的硬度应比被加工材料的硬度高,而工具的硬度可以低于工件材料。
⑤可以与其他多种加工方法结合应用,如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等。
超声加工主要用于各种硬脆材料,如玻璃
石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔(包括圆孔、异形孔和弯曲孔等)、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。
超声打孔的孔径范围是0.1~90毫米,加工深度可达100毫米以上,孔的尺寸精度可达0.02~0.05毫米。
表面粗糙度在采用W40碳化硼磨料加工玻璃时可达R
1.25~0.63微米,加工硬质合金时可达R
0.63~0.32微米。
超声加工机 由电源(即超声发生器)、振动系统(包括超声换能器和变幅杆)和机床本体3部分组成。
超声发生器将50赫的交流电转换为超声频电功率输出,功率由数瓦至数千瓦,最大可达10千瓦。
通常使用的超声换能器有磁致伸缩的和电致伸缩的两类。
磁致伸缩换能器又有金属的和铁氧体的两种,金属的通常用于千瓦以上的大功率超声加工机;铁氧体的通常用于千瓦以下的小功率超声加工机。
电致伸缩换能器用压电陶瓷制成,主要用于小功率超声加工机。
变幅杆起着放大振幅和聚能的作用,按截面积变化规律有锥形、指数曲线形、悬链线形、阶梯形等。
机床本体一般有立式和卧式两种类型,超声振动系统则相应地垂直放置和水平放置。
超声波变幅杆的作用
压电或电磁致的伸缩的变形是很小的(即使在共振的条件下振动也不会超过0.005~0.01mm),不足以用来直接加工。
超声波加工需要0.01~0.1mm的振幅,因此,必须在换能器的端面连变幅杆,将机械振动振幅放大。
变幅杆之所以能够扩大振幅,是由于通过它的每一个截面的振动能量是不变的(略去传播的损耗)。
能量密度J正比于振幅A的平方,即
所以A=
式中K=
是常数。
由上式可见,截面面积越小,能量密度越大,振动振幅就越大。
为了获得较大的振幅,应使变幅杆的固有频率和外激震荡频率相等,处于共振状态。
超声波变幅杆的设计步骤:
根抓实用的要求,设计变幅杆的一般步骤如下:
1)确定工作频率及变幅杆输出端的最大位移振幅号
2)选择材料:
3)根抓所选择材料一的声速及疲劳强度来估计所需要的
形状因数
4)根抓换能器辐射面所能得到的位移振幅ζ来估算总
放大系数
)
5)根抓所需要的放大系数M及所要求的形状因素币来
选择变幅杆类型及确定变幅杆输入端厂一般为大端少和输出
端(一般为小端)的直径或面积比。
但应注意输入端的直径不
能选取过大,否则变幅杆的横向振动就不可忽略。
一般取D/λ
<0.25D为变幅杆大端直径,λ为波长。
几种变幅杆的参数设计
1指数形:
2圆锥形:
3悬链线形:
4阶梯形:
变幅杆的实物图:
关于压电材料
压电材料由于其具有力学变形和电场的藕合机电效应,是一种非常理想的机敏材料,可利用它制成传感元件和驱动元件,应用于机敏机械系统中.为了对结构进行有效控制,了解压电结构在外载(机械力或电场)作用下的力学特征、电学特征是非常重要的.由于压电材料的存在,对整体结构分析的控制方程变得更为复杂,求解更困难.采用有限单元法可解决这一问题,许多研究者在这方而作了不少工作,开发了多种类型、基于不同理论的有限单元,以分析各种不同结构和各种工作情况下压电体的响应.
基本原理
1.压电效应
对压电元件施力时,会引起其内部正负电荷中心发生相对位移,从而导致压电元件的两个表而上出现数量相等、符号相反的束缚电荷,电荷密度和外力成正比,这种现象称为正压电效应;在压电元件上施加电压,会引起元件内部正负电荷中心产生相对位移,从而造成压电元件变形,变形与电压成正比,这种现象称为逆压电效应.利用正压电效应可以制成各种传感元件;利用逆压电效应可以制成驱动元件.
2.基本方程
主要分工
汪洋主要负责项目过程中电学方面问题的计算
刘宗源主要负责项目的实物图的绘制
顾浩良主要负责项目机械方面的计算过程
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