微凹坑超声加工设计及试验设计开题报告

扬州大学机械工程学院 毕业设计（论文）开题报告 学 生 姓 名： 学号： 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目： 微 凹 坑 超 声 加 工 设 计 及 试 验 指 导 老 师： 2014 年 4 月 8 日 毕业设计（论文）开题报告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 一引言 根据摩擦学润滑理论，摩擦副表面阵列微凹坑中储存的润滑油可以被引到两个相对运动的表面间产生流体润滑膜，使其充分利用挤压和流体动力的联合作用改善润滑状况，在这种结构中规则微凹坑的表面形貌对流体润滑有着非常重要的影响。 理论分析表明，在钢材表面加工出按一定规律分布的、具有一定深度、光滑过渡的球形、椭球形凹坑或圆锥形凹坑，有利于钢 板在冲压过程形成良好的动压润滑，将有利于形成流体动压润滑效应，从而改善模具与钢板之间的摩擦状况。因此，现代汽车工业中，人们开始尝试在汽缸壁、滑动轴承表面形成人造的斑块或凹坑，用以提高润滑（或密封）效果。阵列微坑结构已经批量应用于汽车工业中，具有微坑结构的气缸套具有节能、节油、减少环境污染、高耐磨性、可避免干摩擦和拉缸现象发生等优点，对发动机节能、长寿命和轻型化发展具有重大意义和广泛的应用价值。研究人员还根据国内外的最新研究进展和研究成果，将储油结构分为网状裂纹型、网状交叉型、独立微坑型等结构。 二 微凹坑 的加工方法 近年来 ,国内外已经发展了自激振动、低频强迫振动、激光成形、特种松孔镀铬、微研磨等多种加工表面微坑的方法 。自激振动加工方法虽可以在摩擦副工作表面形成微坑 ,但其微坑分布及微坑的结构难以控制 ,且由于稳态颤振的条件难以控制 ,故其加工方法的掌握有一定的难度 ,因此难以在生产中有效推广。国外应用激光珩磨技术在气缸工作表面产生既定的微观结构 ,并获得了较好的效果 ,但激光对缸套材料有微观汽化和烧蚀作用 ,可造成局部材料性能发生变化 ,并且激光珩磨设备价格昂贵 ,微坑加工成本高 ,操作复杂 ,维修 困难。但是利用超声加工和超声复合加工可在摩擦副工作表面形成分布规律和结构参数可控的表面微坑。 （ 1） 微细超声加工 表面微坑超声加工的工作原理见图 1。 微坑超声加工装置装在车床的中拖板上 ,被加工摩擦副零件 (例如缸套 )装在机床主轴上以一定的转速旋转 微坑超声加工装置可沿轴向和横向方向进给 通过横向进给控制微坑的深度 通过超声换能器推动变幅杆给工具头施加超声振动 依靠振动冲击在缸套工作表面形成具有一定分布规律和一定尺寸参数的微坑。为提高加工效率 ,工具头一般可做单排多头或矩阵型多头 （ 2） 微细超声电解 复合加工 如图 2 所示为微细超声电解复合加工示意图。电解部分采用高频脉冲（或低压直流）电源，电解液采用低浓度（ 1% 5%）钝化性硝酸钠水溶液，这可减小电解过程中的杂散腐蚀作用，提高加工定域性。微电流电解作用产生钝化膜，由于加工区的微细阴极随变幅杆作超声频振动，电解液及微细磨料的超声频振动冲击及“负压雾化”效应可去除电解钝化膜及加工产物，保持加工过程持续进行，同时电解液可由“静液”方式供给。 超声振动换能器工具电解液数字存储示 波 器电涡流传感器超声电源工件高频脉冲电 源图 2 微细超声电解复合加工系统 （ 3） 微细超声电火花复合加工 将精密超声机床进行改造，得到如图 3 所示微细超声电火花复合加工系统示意图。在工具和工件之间接入低压直流（或脉冲）电源，工具头的超声频振动使间隙大小产生超声频变化，在间隙合适时，依靠直流电源提供的电压击穿介质放电；间隙太大时，放电停止。每一次振动周期应只有一次放电，加工介质为磨料液，超声加工的作用明显，也称超声磨料混粉电火花复合加工。同时，在线路中串入电涡流传感器，将加工中的电流参数通过数字存储示波器及 进行记录和分析，对加工参数进行在线调节，可保 证加工过程的稳定进行。 超声振动换能器工具磨料液数字存储示 波 器电涡流传感器超声电源工件低压直流电 源图 3 微细超声电火花复合加工系统 三 微凹坑的加工工具 微凸起电极 （ 1） 微凸起电极 的材料 目前，电火花加工中应用最广泛的材料是石墨和紫铜。石墨电极加工容易，密度小，质量轻，但力学强度稍差，在采用宽脉冲、大电流加工时容易起弧烧伤。同时，不同质量的石墨材料电火花加工性能也还有很大差异。紫铜的组织致密、韧性强，常用来加工形状复杂、要求轮廓清晰、精度高和表面粗糙度小的型腔，但紫铜的 切削加工性能较差，密度较大，不适宜制作大中型电极。紫铜的这些特点，可能更符合微细放电加工试验条件，所以选择紫铜作为电极材料。 （ 2） 微凸起电极的形状 (a) 正方形微凸起 (b) 菱形微凸起 (c)圆形微凸起 （ 3）微凸起电极的加工 微凸起结构和微坑结构是两种相对应的几何形状，因此，只要制备出凸（或凹）形的工具电极，就可以采用电火花成形加工技术制作对应的凹（或凸）形工件。对于工件微坑结构成形，微凸起形电极的形状尺寸设计和制备成为这一工艺流程的重点和难点之一。微细电火花线切割加工技术一个重要应用就是制备电火花成形加工用的微细工具电极。根据微细电火花线切割加工工艺的特点和 F 精密数控电火花线切割机的硬件条件，在一次装夹的情况下可顺序切割几个成形电极，对阵列微凸起成形电极制备而言，显然，微细电火花加工是一种合适的工艺选择。 四发展与 展望 获得具有一定规则凹坑形貌的表面，可以有效的改善润滑与耐磨效果。有效可行的微凹坑加工方法，进一步改善微凸起的形状及制作工艺，优化电加工参数，可以加工出形状更多，尺寸更小，精度要求更高的表面微凹坑。 五 参考文献 1 王振龙，等，微细加工技术，北京，国防工业出版社， 2005 2 李立斌，朗素萍，谢丽丽，微机电 系统与微机械学，机械设计， 2003 3 段润保，赵砚江，毛言理，微机械（ 微细加工技术，河北理工学院学报，2004 4 张凯锋，雷鹍，面向微细制造的微技术成形，中国机械工程， 2004 5 周兆英，叶雄英，胡敏，等，微型机电系统的进展，仪器仪表学报， 1996 6 苑伟政，李晓莹，微机械及微细加工技术，机械科学与技术， 1997 7 丁衡高，微机电系统的科学研究与技术开放，清华大学学报（自然科学版）， 1997 8 高世桥，曲大成，微机电系统（ 术的研究与应 用，科技导报， 2004， 4 9 蒋亨顺，马明峻，特种加工技术在精密制造中的应用，新技术新工艺， 2006， 5 10 梅涛，伍小平，微机电系统，北京，化学工业出版社， 2003 11 周焱，微细加工技术研究进展，机械工程师， 2006， 11 12 林子光，高作斌，在机械零件表面进行激光微精处理的实验研究，应用激光联刊，1989， 4 毕业设计（论文）开题报告 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 一 需解决的问题 （ 1）在可能应用于微坑结构及微凸起结构成形的多种微细特种 加工技术中，除了激光加工外，无论采用微细超声加工还是其它微细加工方法，关键是工具的设计与制备。根据加工特点，探索试验合适的工具制备方式 .。 （ 2）对超声微细加工技术及超声复合微细加工在阵列微细结构的应用进行尝试，研究制备阵列超声加工工具头的工艺途径，完成超声加工阵列微结构的试验。 （ 3）分析试验结果，对试验中存在的问题提出有效的解决办法，形成阵列微细结构的有效加工工艺方案。 二、研究手段 、掌握超声加工及超声复合加工的基本原理、特性 超声加工是利用超声振动工具在有磨料的液体介质中产生磨料液压冲击、抛磨及由 此产生的气蚀作用来去除材料的加工方法。 特性：超声加工无宏观切削力、无热效应，可以较为高效的加工硬脆材料 超声复合加工是 以复制工具形状来成形的方法，将两者加工方法复合在一起，可发挥各自的优势，提高加工效率和质量。 特性：复合工艺能解决超声加工效率偏低的缺点，同时又能克服电解加工精度及稳定性难以控制的缺点，对于硬脆金属材料，获得到加工精度、表面粗糙度都很理想 、加工 试件及超声加工参数选择，进行各种厚度、材料、加工参数及加工形状 的工艺 试验； 超声 加工前，需 参考相关资料进行加工参数的初步选择，包括 工具的振动频 率和振幅的选择、进给压力的选择、磨料的种类和粒度等。 ，然后进行一系列参数的 超声加工 试验，记录加工过程各种参数条件以及加工后各种工件的质量。 、对实验数据进行分析、数据处理，形成可指导实际应用的工艺文件； 对加工件进行检测，对结果进行分析比较，优选参数，进行对比工艺试验，得到最佳试验结果。分析各种加工条件参数对微凸起和微凹坑精度、表面粗糙度及效率的影响规律，对加工特性进行总结、分析。 4 撰写毕业论文 在前期工作基础