超声振动海绵打孔装置结构设计开题报告

 2022-05-31 10:05

1. 研究目的与意义

海绵等多孔弹性材料因其分子链长、韧性强、密度小、弹性好等优点,在生活和工业中具有较广泛的用途。但是海绵等多孔弹性材料弹性模量较小,在轻微压力下易于变形并且倾向于通过压缩抵抗向下的作用力。在生活品或工业品中,有许多情况需要在多孔弹性材料上成型通孔结构,但由于材质的特性,使其成型非常困难,特别是孔的尺寸较小并且精度要求较高时,更是难上加难。

目前的方法主要有三种,一种是在模具中直接成型,一种采用电热丝在多孔弹性材料上开孔,还有一种就是通过高速旋转刀具在多孔弹性材料上钻孔,但多孔弹性材料在旋转刀具作用下,会轴向受到水平和扭转的力,导致多方向形变,为了保证加工的孔圆度、尺寸和轴向水平度则必须通过人工操作随时调整受力来实现,即使这样也存在较高的次品率,所以加工成本高,效率低;

本课题就是通过高频振动的方式在海绵上轻松打孔,打孔过程稳定,孔径尺寸精度高,孔壁表面平整无损伤,产品合格率大幅提升,生产效率明显提高。

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2. 研究内容和预期目标

针对高速旋转刀具在多孔弹性材料上钻孔的海绵打孔工艺,改善多孔弹性材料在旋转刀具作用下,会轴向受到水平和扭转的力,导致多方向形变,为了保证加工的孔圆度、尺寸和轴向水平度则必须通过人工操作随时调整受力等诸多问题,提出一种超声振动海绵打孔装置。

利用高频振动打孔的方式,解决弹性多孔材料打孔的多向形变问题,提高在海棉打孔上打孔过程中的稳定性,提高孔径尺寸的精度,使孔壁表面平整无损伤,大大提高打孔海绵产品的合格率,显著提高海绵打孔生产的效率,为海绵打孔工艺提供切实高效的打孔工艺方案。

3. 研究的方法与步骤

本课题拟采用先进行模拟分析后进行实验的方法进行研究,主要采用有限元分析,研究步骤如下:

1,学习超声振动原理,设想海绵打孔装置的各个组成部分,包括换能器、变幅杆。

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4. 参考文献

[1]孙恒, 陈作模.机械原理(第7版), 2006, (05)

[2]濮良贵.机械设计(第九版), 2013,(05)

[3]成大先.机械设计手册(第5版), 2014,(05)

[4]闻邦椿.机械设计手册(第5版), 2010,(01)

[5]张景亮,丁腈橡胶模压海绵加工技术,橡塑资源利用期刊,2004,(05)

[6]王华,车床加工高密度海绵的探索,科技创新与应用期刊,2008,(09)

[7]吴超群,带工具的超声打孔换能器设计与分析,机械制造与自动化期刊,2018,(06)

[8]孙晓波,超声打孔机自动定位的实现,机械制造期刊,2009,(05)

[9]赵仕杰,小孔超声振动挤压加工用变幅杆的优化设计,大连理工大学硕士学位论文,2019,(05)

[10]张巧丽,斜槽式超声变幅杆纵扭特性研究,振动与冲击期刊,2019,(10)

[11]赵波,螺旋沟槽参数对纵-扭变幅杆振动分量的影响,振动、测试与诊断期刊,2019,(05)

[12]刘俊利,一种新型圆锥变幅杆的节点设计与试验分析,河南理工大学学报期刊,2019,(03)

[13]蒙永红,阶梯型变幅杆弯曲振动频率的计算及分析,陕西师范大学学报期刊,2018,(02)

[14]武婷婷,多台阶过渡段阶梯型变幅杆的设计陕西师范大学学报(自然科学版)期刊,2018,(01)

[15]林书玉,性能可调的纵向振动圆锥形超声变幅杆应用声学期刊,2018,(01)

[16]刘帅康,基于性能可调阶梯型变幅杆的超声波振子调谐研究工程设计学报期刊,2019,(04)

[17]卢德钊,超声波去除小孔毛刺试验及装置中变幅杆设计工具技术期刊,2019,(01)

[18]陈广鹏,基于ABAQUS多频率超声变幅杆稳态及谐响应分析机床与液压期刊,2019,(11)

[19]郭心怡.微型压电超声换能器的研究与设计.中北大学硕士学位论文, 2015, (04)

[20]吴超群,带工具的超声打孔换能器设计与分析,机械制造与自动化期刊,2018,(06)

5. 计划与进度安排

1.2022-2-26~2022-3-2 查阅资料,了解超声振动海绵打孔装置总体结构国内外研究现状和发展前景,了解超声换能器的设计方法。撰写开题报告和翻译外文资料;

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