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针对人造心脏瓣膜架的材料特性和加工要求,通过深入了解超声加工的特点、分析影响人造心脏瓣膜架异形盲孔加工效率和加工精度的因素,本文提出采用超声加工辅助以磨削修整超声工具端面的方法进行加工。在超声加工系统中,对影响人造心脏瓣膜架异形盲孔加工效率的静压力和变幅杆进行了研究,对决定超声加工工具端面的加工精度,进而影响人造心脏瓣膜架异形盲孔加工精度的磨削系统进行了研究。具体内容如下:
1 在超声加工系统中,对工具端面对磨粒悬浮液的作用力进行理论分析和实验验证;通过研究静压力对人造心脏瓣膜架异形盲孔加工效率的影响,进而求得加工效率最大的最佳的静压力值。
2 通过有限元方法,对不同轮廓形状的变幅杆振幅放大倍数以及变幅杆应力分布情况进行了分析研究。对阶梯型变幅杆进行改进,提出一种上端为圆锥形、下端为圆柱形的接近于阶梯型轮廓的新型变幅杆,通过分析圆锥形部分和圆柱形部分的长度之比变化对振幅放大倍数以及等效应力的影响,得出了最大应力在材料许用应力范围内、固有频率为给定的工作频率的振幅放大倍数最大的最佳变幅杆。
3 对磨削主轴组件进行了二维梁单元建模,优化设计了其跨度值;对磨削主轴组件进行了较精确的三维动态有限元建模,经ANSYS分析计算,获得了磨削主轴组件的模态和谐响应特性:研究了磨削主轴的固有频率、振型和临界转速;对设计的样机进了动态测试,验证了仿真建模的合理性。
对人造心脏瓣膜架异形盲孔加工系统的研究,不仅对研制我国的人造心脏瓣膜具有重要的实际意义,而且对其它难加工的非金属材料也具有重要的参考价值。尤其在本文中提出的有限元优化设计变幅杆的方法,对超声加工的研究与应用具有参考价值。