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高速超声振动切削钛合金可行性研究 被引量:43
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作者 张翔宇 隋翯 +2 位作者 张德远 吴瑞彪 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第19期120-127,共8页
钛合金由于其出色的机械性能广泛的应用于航空航天结构组件中。但较低的机械加工性使得钛合金切削速度低,即使在使用先进的切削刀具时,也因切削高温而难以进行高速切削加工。断续切削是一种有效地降低切削温度和改善切削质量的方法,作... 钛合金由于其出色的机械性能广泛的应用于航空航天结构组件中。但较低的机械加工性使得钛合金切削速度低,即使在使用先进的切削刀具时,也因切削高温而难以进行高速切削加工。断续切削是一种有效地降低切削温度和改善切削质量的方法,作为典型的断续切削方法,传统超声振动切削(Traditional ultrasonic vibration cutting,UVC)和椭圆超声振动切削(elliptical ultrasonic vibration cutting,EUVC)已取得了显著的加工优势。但振动切削临界速度限制了它们的应用仅在低速切削场合。因此一种新的超声振动切削方法被提出,即高速超声振动切削(High-speed ultrasonic vibration cutting,HUVC),此时刀具的振动方向与进给方向平行。当切削速度远远超过UVC和EUVC方法的临界速度时,刀具和工件依旧可以在一定的条件下实现分离。从而HUVC方法实现了宏观上的高速切削和微观上的断续切削,提升了钛合金的切削加工性。首先,HUVC方法的原理在文中给出,随后通过一系列使用普通切削(Conventional cutting CC)方法和HUVC方法的高速切削Ti-6Al-4V合金的对比试验来验证HUVC方法的可行性。试验结果表明,因刀具磨损的显著下降,HUVC方法的刀具寿命可最大提升300%。此外,相比CC方法,HUVC方法的切削效率可以显著提升90%,切削力最大下降50%并在连续的切削加工过程中获得更佳的表面质量。 展开更多
关键词 高速切削 断续切削 超声振动切削 钛合金
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钛合金薄壁件超声椭圆振动铣削研究 被引量:23
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作者 梁海彤 +2 位作者 卢慧敏 代建队 张德远 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1891-1897,共7页
针对航空领域中钛合金薄壁件在铣削过程中存在切削力大、加工精度低等问题,提出了超声椭圆振动铣削方法进行钛合金薄壁件的加工。超声椭圆振动铣削时,刀尖的特殊运动轨迹使刀尖具有高线速度特性和高频断续切削特性,平均切削力大为降低,... 针对航空领域中钛合金薄壁件在铣削过程中存在切削力大、加工精度低等问题,提出了超声椭圆振动铣削方法进行钛合金薄壁件的加工。超声椭圆振动铣削时,刀尖的特殊运动轨迹使刀尖具有高线速度特性和高频断续切削特性,平均切削力大为降低,从而增强了铣刀的切削能力,提高了切削加工精度。利用自制的超声铣削刀柄系统,对钛合金试件进行铣削实验,结果表明与普通铣削相比,超声椭圆振动铣削的切削力可降低达50%,零件的形位精度得到了显著提高。 展开更多
关键词 机械制造工艺与设备 超声椭圆振动铣削 钛合金薄壁件 高速切削
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高速旋转超声椭圆振动侧铣削振幅对钛合金表面完整性影响的研究 被引量:23
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作者 刘佳佳 +2 位作者 高泽 张明亮 张德远 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期215-223,共9页
研究了钛合金高速超声椭圆振动铣削中振幅对加工表面完整性的影响。首先基于高速超声椭圆振动铣削过程中刀具-工件的运动学特点和实现分离断续切削条件,建立了切屑厚度模型以及考虑刀具-工件有效参与铣削的刀具动态切削后角模型。针对... 研究了钛合金高速超声椭圆振动铣削中振幅对加工表面完整性的影响。首先基于高速超声椭圆振动铣削过程中刀具-工件的运动学特点和实现分离断续切削条件,建立了切屑厚度模型以及考虑刀具-工件有效参与铣削的刀具动态切削后角模型。针对振幅对高速超声椭圆振动铣削的影响进行了微量润滑条件下的高速超声椭圆振动侧铣削钛合金试验,对不同振幅条件下的高速超声椭圆振动铣削过程中的切削力、工件表面质量、残余应力、亚表层显微组织以及表面显微硬度进行了详细研究。试验结果表明:高速超声椭圆振动铣削过程中的平均径向切削力值随着振幅的增大呈现减小的趋势。高速超声椭圆振动铣削中振动幅值对于工件表面完整性的影响显著。高速超声椭圆振动铣削表面粗糙度值随着振动幅值的增大而增大;高速超声椭圆振动铣削表面残余压应力值随着振动幅值的增大而增大;高速超声椭圆振动铣削的变形层厚度以及晶粒细化程度随着振动幅值的增大而增大;高速超声椭圆振动铣削表面加工硬化程度随着振动幅值的增大而增大。 展开更多
关键词 超声椭圆振动铣削 高速铣削 断续切削 TI-6AL-4V 表面完整性
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超声换能器过固有谐振区匹配理论 被引量:15
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作者 张德远 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期182-186,共5页
超声压电换能器是一个能量转换系统,在超声波振动加工中将超声波电源输出的电能转换为机械振动,由于超声压电换能器是一个容性负载,为保证超声电源输出的电能有效地转换为超声压电换能器的机械振动,需要在超声电源和超声压电换能器之间... 超声压电换能器是一个能量转换系统,在超声波振动加工中将超声波电源输出的电能转换为机械振动,由于超声压电换能器是一个容性负载,为保证超声电源输出的电能有效地转换为超声压电换能器的机械振动,需要在超声电源和超声压电换能器之间加一个适当大小的电感进行匹配,但超声压电换能器又是一个强非线性时变系统,在不同的工作频率下其阻抗特性以及机械振动特性差别显著,因此如何将超声压电换能器匹配在一个恰当的工作频率,是提高振动加工质量的关键。通过正确选取超声压电换能器的等效电路模型,并对由此推导出的阻抗圆进行深入分析、研究,可以得出:如将换能器工作频率匹配在大于其内部固有谐振频率的某一频段,可以使换能器振幅最大,振动波形质量也最好,是换能器的最佳工作频段,从而提出超声压电换能器“过固有谐振区”匹配理论。试验结果证明该理论正确。 展开更多
关键词 超声换能器 过固有谐振区 匹配
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仿生制造的生物成形方法 被引量:14
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作者 张德远 蔡军 +3 位作者 李翔 韩鑫 陈博 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期88-92,共5页
生物制造与仿生制造是机械领域与生物领域交叉产生的新领域。生物方式制造是利用生物手段的制造方法,已提出生物去除加工、生物约束成形、生物生长成形、生物连接成形、生物复制成形、生物自组织成形等加工成形方法。仿生制造是模拟生... 生物制造与仿生制造是机械领域与生物领域交叉产生的新领域。生物方式制造是利用生物手段的制造方法,已提出生物去除加工、生物约束成形、生物生长成形、生物连接成形、生物复制成形、生物自组织成形等加工成形方法。仿生制造是模拟生物形体与功能的结构制造,包括仿生材料结构、仿生表面结构、仿生运动结构等结构制造。仿生制造的结构往往比较复杂,利用增材快速原型和传统机械制造方法效率通常较低,利用生物方式制造方法往往更加简便和快捷。阐明生物成形方法在仿生微纳复杂形体、结构、功能界面制造上的优势,表明生物成形技术在节能、环保、微纳等领域具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 生物制造 仿生制造 生物成形 微纳产品
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钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削切屑特征和刀具磨损研究 被引量:11
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作者 刘佳佳 张德远 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第19期186-194,共9页
难加工材料钛合金在采用传统铣削方式时,随着切削速度的增加,切削力和切削温度都迅速增加,使得切削条件恶化并加速刀具磨损,从而导致刀具过早失效。将超声椭圆振动加工技术引入到高速铣削中,进行了钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削试... 难加工材料钛合金在采用传统铣削方式时,随着切削速度的增加,切削力和切削温度都迅速增加,使得切削条件恶化并加速刀具磨损,从而导致刀具过早失效。将超声椭圆振动加工技术引入到高速铣削中,进行了钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削试验。从切屑特征以及刀具后刀面磨损两个方面研究了高速超声椭圆振动铣削参数匹配对钛合金加工的影响。首先基于高速超声椭圆振动铣削过程中刀具-工件的运动学特点推导出高速超声椭圆振动铣削加工参数与振动参数间的匹配关系,然后利用本实验室自行研制的超声椭圆振动铣削装置进行了不同参数匹配关系下的验证性切削试验。试验结果表明:合理的参数匹配使得超声椭圆振动铣削在高速条件下依然能够实现分离型断续切削加工。相比普通铣削加工,分离型的高速超声椭圆振动铣削能够获得更加微细的切屑,切削热能够被及时地带走;良好的切削条件使得刀具的后刀面磨损均匀而缓慢,从而延长刀具的使用寿命;高速超声椭圆振动铣削能够有效地提高生产效率。 展开更多
关键词 超声椭圆振动铣削 高速铣削 钛合金 切屑形成 刀具磨损
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基于任务驱动的机械制造专业方向课和专业综合实践课的无缝衔接 被引量:10
7
作者 彭翀 王延忠 《教育教学论坛》 2016年第28期106-108,共3页
为了适应当今制造业向数字化、信息化、智能化发展的需求,北京航空航天大学机械制造专业于2013年开始对原有本科教学计划进行全面改革。将原有的3门专业方向课进行有效整合,形成两门专业方向课;将原有的专业课程设计和专业综合实验课合... 为了适应当今制造业向数字化、信息化、智能化发展的需求,北京航空航天大学机械制造专业于2013年开始对原有本科教学计划进行全面改革。将原有的3门专业方向课进行有效整合,形成两门专业方向课;将原有的专业课程设计和专业综合实验课合并为一门专业综合实践课。新教学计划对专业方向课和专业综合实践课的课时压缩了近一半,不仅要求教学内容精练,而且要求教学内容能够革陈出新。在实际操作过程中,由于受课时和内容的限制,很容易造成理论教学环节和实践教学环节之间的脱节。采取任务驱动方式,以某一航空典型零件为加工案例,在理论教学环节中引入CAD/CAM虚拟设计/加工仿真环节,在后续的综合实践环节直接利用CAD/CAM得到的数控加工工艺、程序、组合夹具等用于实际零件的加工。通过任务驱动方式,按照理论—仿真—实践的教学步骤,实现了机械制造专业方向课和专业综合实践课的无缝衔接,解决了新教学计划中课时少、内容精的矛盾。 展开更多
关键词 任务驱动 CAD/CAM 加工仿真 无缝衔接 教学改革
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超声加工技术研究趋势 被引量:10
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作者 张德远 辛文龙 +1 位作者 秦威 《电加工与模具》 2016年第A01期11-13,31,共4页
通过对国内外论文检索系统收录的超声加工论文数量的年度变化及方向分布,分析了超声加工技术的发展趋势,并对超声加工体系的共性使能技术、应用领域进行了概述。
关键词 超声加工 超声切削 超声磨削 超声挤压
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高速超声椭圆振动铣削腹板表面质量研究 被引量:10
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作者 高泽 张德远 +2 位作者 李哲 刘佳佳 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期249-256,共8页
针对航空航天常用的钛合金机械加工特性差、加工质量低、效率差的问题,提出一种新的加工工艺,高速超声椭圆振动铣削工艺。它是一种刀尖在平面内按椭圆轨迹运动的超声频间歇性切削方法,能够有效地改善铣削质量且突破了常规超声振动加工... 针对航空航天常用的钛合金机械加工特性差、加工质量低、效率差的问题,提出一种新的加工工艺,高速超声椭圆振动铣削工艺。它是一种刀尖在平面内按椭圆轨迹运动的超声频间歇性切削方法,能够有效地改善铣削质量且突破了常规超声振动加工对临界速度的限制。将高速超声振动铣削工艺引入航空常见薄壁零件结构,腹板的加工中。先分析该工艺微观分离原理,并设计试验验证该工艺在钛合金腹板加工中的效果。结果显示:高速超声振动铣削工艺相比于普通铣削的加工方式在已加工表面让刀量及表面粗糙度值两方面均有稳定提升。粗糙度降幅约10%-40%,让刀量降幅50%左右。 展开更多
关键词 高速超声铣削 椭圆振动 钛合金 薄壁腹板 表面质量
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碳纤维复合材料旋转超声椭圆振动套磨制孔技术研究 被引量:9
10
作者 李哲 张德远 +1 位作者 何凤涛 《电加工与模具》 2016年第5期56-59,共4页
针对航空航天领域中碳纤维复合材料在制孔过程中易出现分层、毛刺和刀具磨损快等问题,提出了一种新型旋转超声椭圆振动套磨制孔技术。分析了旋转超声椭圆振动套磨制孔机理,研制出了小型化旋转超声椭圆振动套磨制孔系统,并进行了碳纤维... 针对航空航天领域中碳纤维复合材料在制孔过程中易出现分层、毛刺和刀具磨损快等问题,提出了一种新型旋转超声椭圆振动套磨制孔技术。分析了旋转超声椭圆振动套磨制孔机理,研制出了小型化旋转超声椭圆振动套磨制孔系统,并进行了碳纤维复合材料(CFRP)套磨制孔实验。结果表明:相比于普通套磨,超声椭圆振动套磨极大改善了切屑粉尘和料芯的排出,延长了刀具使用寿命;明显降低了钻削力和扭矩分别约25%和30%;有效降低了复材孔分层和毛刺的制孔缺陷,改善了孔表面粗糙度和平整性,提高了加工质量。 展开更多
关键词 碳纤维复合材料 旋转超声椭圆振动 套磨 金刚石空心钻 表面质量
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3D打印技术在机械学科教学中的应用研究 被引量:8
11
作者 彭翀 徐振澎 《实验科学与技术》 2017年第5期63-68,81,共7页
在机械专业的传统教学模式中,教师在给学生讲解难以理解的概念、形状复杂的零件和原理复杂的机构时,口头的讲授和二维的插图不能有效地帮助学生理解。实体教具虽然形象直观,但使用不便且价格昂贵;一些针对特定问题的教具难以购买,不利... 在机械专业的传统教学模式中,教师在给学生讲解难以理解的概念、形状复杂的零件和原理复杂的机构时,口头的讲授和二维的插图不能有效地帮助学生理解。实体教具虽然形象直观,但使用不便且价格昂贵;一些针对特定问题的教具难以购买,不利于教学推广。3D打印技术不仅可以缩短制作周期而且使用起来方便快捷,使得不具备专业知识的老师也能够根据自己需要制作出相应教具。针对该问题,研究了将3D打印技术应用到教具的设计制作中,给出了教具制作的基本理论和操作流程的关键技术。实践证明,3D打印教具的使用大大方便了教师的课堂讲解。 展开更多
关键词 教具 模型设计 3D打印 机械教学
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高速钢钻头振动钻削9Cr18不锈钢微小孔的研究 被引量:7
12
作者 李仙昊 季远 +2 位作者 李勋 张德远 《现代制造工程》 CSCD 2005年第1期69-71,共3页
不锈钢9Cr18是航空发动机上较为常用的一种马氏体不锈钢材料,它的塑性大,粘附力强,用普通钻削的方法比 较难加工。采用中频轴向振动钻削9Cr18零件的微小孔,取得了显著的效果。试验表明,相比普通钻削,振动钻削提高 钻头寿命约10倍,... 不锈钢9Cr18是航空发动机上较为常用的一种马氏体不锈钢材料,它的塑性大,粘附力强,用普通钻削的方法比 较难加工。采用中频轴向振动钻削9Cr18零件的微小孔,取得了显著的效果。试验表明,相比普通钻削,振动钻削提高 钻头寿命约10倍,并可以提高定位精度,降低钻头受力,改善孔的加工质量。 展开更多
关键词 高速钢钻头 振动钻削 微小孔 不锈钢
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猪精子冷冻技术的研究 被引量:7
13
作者 赵桂英 +1 位作者 和绍禹 李亚辉 《云南农业大学学报》 CAS CSCD 2007年第6期847-850,共4页
采用手握法采集健康成年的长白公猪猪精子,室温离心后,采用液氮熏蒸法细管冷冻猪精子。以精子活力为判定指标,比较了平衡时间和甘油浓度对猪精子冷冻的影响。结果表明:(1)Ⅱ组精子冷冻复苏后精子活力(35.83±5.38)%要高于其他组(P&l... 采用手握法采集健康成年的长白公猪猪精子,室温离心后,采用液氮熏蒸法细管冷冻猪精子。以精子活力为判定指标,比较了平衡时间和甘油浓度对猪精子冷冻的影响。结果表明:(1)Ⅱ组精子冷冻复苏后精子活力(35.83±5.38)%要高于其他组(P<0.05);(2)Ⅰ组和Ⅱ组冷冻复苏精子的活力[(29.75±4.38)%,(28.40±8.55)%]要高于其他组(P<0.05),由此得出最佳平衡时间和甘油浓度。 展开更多
关键词 猪精子 精子活力 平衡时间 甘油浓度
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超声振动切削技术发展简述 被引量:7
14
作者 张翔宇 隋翯 +1 位作者 张德远 《电加工与模具》 2018年第1期1-6,共6页
超声振动切削作为一种特种加工方式,在金属切削、脆性材料与复合材料加工领域中有着广泛的运用。一维超声振动切削和椭圆超声振动切削是超声振动切削加工的两种常见形式,能有效地降低切削力、切削热,并提高刀具寿命和加工表面质量。高... 超声振动切削作为一种特种加工方式,在金属切削、脆性材料与复合材料加工领域中有着广泛的运用。一维超声振动切削和椭圆超声振动切削是超声振动切削加工的两种常见形式,能有效地降低切削力、切削热,并提高刀具寿命和加工表面质量。高速超声振动切削作为一种新方法被提出,打破了前二者的临界切削速度,并在TC4钛合金切削实验中保持了超声振动切削的传统优势,同时实现了200~400 m/min的高速切削,将超声振动切削推入了高速化发展阶段。 展开更多
关键词 超声振动切削 椭圆振动切削 高速 切削力 表面质量
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冷冻前离心方法、平衡时间、甘油浓度对猪精子冷冻保存的影响 被引量:6
15
作者 赵桂英 +1 位作者 和绍禹 李亚辉 《黑龙江畜牧兽医》 CAS 北大核心 2008年第6期42-43,共2页
关键词 猪精子 冷冻保存 离心方法 平衡时间 甘油浓度 人工授精技术 保存技术 新陈代谢
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切深对椭圆超声振动切削机理的影响 被引量:7
16
作者 张翔宇 张德远 +1 位作者 隋翯 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期298-306,共9页
以椭圆超声振动切削为研究对象,通过理论分析,有限元仿真和切削实验,研究了切深变量对其切削过程中机理的影响。指出在微小的切深条件下,刀尖钝圆影响不可忽略,其切削过程表现出微细切削特性。一方面,基于微细切削理论,建立了正交椭圆... 以椭圆超声振动切削为研究对象,通过理论分析,有限元仿真和切削实验,研究了切深变量对其切削过程中机理的影响。指出在微小的切深条件下,刀尖钝圆影响不可忽略,其切削过程表现出微细切削特性。一方面,基于微细切削理论,建立了正交椭圆超声振动切削运动学和力学模型,将切削区分为后刀面回弹区、刀尖犁切区、刀尖剪切区和前刀面摩擦区四个区域,并依次对四个区域内不同切深条件下各个切削分力进行计算分析。另一方面,对切削过程进行有限元仿真和切削实验。其结果表明:当切深小于最小切削厚度时,切削过程主要为刀具后刀面的回弹挤压与摩擦和刀尖钝圆的犁切作用,不产生切屑,切深抗力大于主切削力;当切深大于最小切削厚度并逐渐增大时,刀尖剪切和切屑与前刀面的挤压与摩擦作用逐渐凸显并成为主要切削方式,此时主切削力逐渐超过切深抗力并迅速增大。 展开更多
关键词 椭圆超声振动 切深 刀尖钝圆 微细切削 最小切削厚度
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钛合金超声椭圆振动铣削参数对切削力的影响 被引量:7
17
作者 张明亮 +2 位作者 刘佳佳 韩雄 张德远 《电加工与模具》 2017年第6期39-41,共3页
钛合金航空薄壁结构件在铣削过程中受力形式复杂,切削力较大。超声椭圆振动切削的特点是切削刀具的刀尖按椭圆轨迹运动,进行高频间歇性切削,有助于降低切削力。铣削时改变切削参数将对切削力产生不同影响。采用自行研制的螺纹式椭圆激... 钛合金航空薄壁结构件在铣削过程中受力形式复杂,切削力较大。超声椭圆振动切削的特点是切削刀具的刀尖按椭圆轨迹运动,进行高频间歇性切削,有助于降低切削力。铣削时改变切削参数将对切削力产生不同影响。采用自行研制的螺纹式椭圆激励式超声振动铣削刀柄装置,针对钛合金薄壁件进行实验,结果表明:相较于普通铣削,随着每齿进给量的增大,超声椭圆振动铣削均可减小钛合金薄壁件在铣削加工过程中的切削力,降幅可达35%以上。 展开更多
关键词 钛合金薄壁件 超声椭圆振动切削 铣削 切削参数 切削力
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基于PCI总线的CAN通信卡的设计与实现 被引量:5
18
作者 黄新平 张德远 《测控技术》 CSCD 2004年第7期42-43,共2页
介绍了CAN总线的特点 ,给出了基于PCI总线的CAN通信卡的硬件、软件设计思路与实现方法。
关键词 CAN PCI 总线
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高载能超声骨刀的优化设计与性能评估
19
作者 邓康 +1 位作者 尹欣 江培源 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1-7,共7页
针对超声骨刀在手术过程中切割效率低和产生骨组织热损伤的问题,设计了具有二级放大结构的高载能超声骨刀。基于驻波理论的等效长度法,结合有限元仿真对其二级放大结构进行设计和优化,测试了其振动性能并进行了骨切割试验。结果表明:具... 针对超声骨刀在手术过程中切割效率低和产生骨组织热损伤的问题,设计了具有二级放大结构的高载能超声骨刀。基于驻波理论的等效长度法,结合有限元仿真对其二级放大结构进行设计和优化,测试了其振动性能并进行了骨切割试验。结果表明:具有二级放大结构的超声骨刀的谐振频率为23306 Hz,振幅为140μm,骨切割表面平整且无损伤,满足临床手术需求。 展开更多
关键词 超声骨刀 骨组织 二级放大 驻波理论 有限元仿真
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高效低损伤高速波动式超声加工技术进展 被引量:4
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作者 张德远 彭振龙 +4 位作者 耿大喜 刘逸航 周泽华 尹晓明 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第8期22-33,共12页
在航空制造领域,高温合金、钛合金、复合材料等难加工材料高效低损伤加工一直是制约行业产能的瓶颈问题。随着我国制造业的不断升级,智能制造、先进数控、先进刀具、先进冷却等前沿技术已在难加工材料加工方面得到了广泛应用,然而传统... 在航空制造领域,高温合金、钛合金、复合材料等难加工材料高效低损伤加工一直是制约行业产能的瓶颈问题。随着我国制造业的不断升级,智能制造、先进数控、先进刀具、先进冷却等前沿技术已在难加工材料加工方面得到了广泛应用,然而传统连续切削模式下难加工合金切削线速度仍未能得到实质性突破,限制了其产能的进一步提升。近年来,出现了高速波动式超声加工技术,该技术将传统连续切削模式升级为高速断续切削模式,不仅打破了传统振动切削技术的加工速度限,而且实现了难加工合金材料降力降热高速精细加工,大幅提升了其加工精度、表面完整性和加工效率。在简要概述高速波动式超声加工的提出背景和基本原理基础上,重点介绍了高速波动式超声加工技术在车削、铣削、制孔3方面的工艺原理、工艺效果和应用进展。最后,对高速波动式超声加工技术的工艺适应性优化和应用前景优势进行了展望。 展开更多
关键词 难加工材料 刀具磨损 高速切削 表面完整性 抗疲劳性能
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