超声振动辅助切削SiCp/Al复合材料的加工机理及试验

切削加工过程中材料损伤形式对加工表面质量会产生较大影响,现有仿真分析难以模拟真实颗粒失效行为,通过建立二维微观多相有限元模型能够深入了解材料损伤与表面质量的关系。基于常规切削(Conventional cutting,CC)与超声振动辅助切削(Ultrasonic vibration-assisted cutting,UVAC)两种加工方式,通过有限元仿真软件Abaqus对20%SiCp/Al复合材料的切削过程进行仿真模拟,阐释加工过程中刀具与工件的相互作用机理,并在同一参数下验证有限元仿真的准确性。通过设计单因素试验,对比两种加工方式及不同加工参数对切削力和表面粗糙度的影响规律,得出最佳加工参数组合,并对最佳加工参数下表面形貌进行分析。模拟和试验结果表明,SiC颗粒断裂、颗粒耕犁、颗粒拔出以及Al基体撕裂是影响SiCp/Al复合材料加工质量的主要原因,刀具与颗粒不同的相对作用位置会产生不同的损伤形式。与常规切削相比,施加超声振动后可以有效抑制颗粒失效和基体损伤,使加工中的平均切削力(主切削力)降低33%,工件已加工表面粗糙度值最大减小量为531 nm,显著提高了表面质量。所建立的二维微观多相有限元模型,能够有效模拟铝基复合材料的加工缺陷和裂纹损伤问题,对提高难加工材料的高质量表面制备有重要借鉴意义。

SiCp/Al超声振动辅助切削仿真与实验研究

超声振动辅助切削作为一种针对难加工材料有效加工方法之一已经得到广泛应用。为了探究SiCp/Al复合材料在振动辅助切削的去除特性,通过有限元模拟方法对超声振动辅助切削过程进行模拟,分析了材料的去除行为和切削力的变化特点。通过对比实验和仿真结果发现:超声振动辅助切削的切削力小于常规切削中的切削力,并且超声振动辅助切削后工件表面损伤现象减小。

航空难加工材料超声振动辅助切削技术现状及发展趋势

综述了钛合金、镍基高温合金及碳纤维增强复合材料等典型航空难加工材料超声振动辅助加工现状,在刀具上施加一维或二维超声振动可以提高航空难加工材料的切削加工性,具体表现为切削力降低、表面粗糙度改善、刀具磨损降低等。试验发现二维超声振动在切削航空难加工材料时效果更加显著。试验表明,未来开展超声振动加工与其它方式的复合加工将是进一步提高航空难加工材料切削加工性的有效手段。

SiC_p/Al复合材料超声振动辅助切削研究现状与进展

阐述了SiCp/Al复合材料在切削过程中存在的一些问题,从SiCp/Al复合材料超声振动辅助加工中的刀具材料与刀具磨损、切屑与切削力以及表面质量三个方面概述了SiCp/Al复合材料切削加工的研究现状,对促进SiCp/Al复合材料高效切削加工的措施进行了总结。

SiCf/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助切削试验研究

开展了SiCf/SiC陶瓷基复合材料的超声振动辅助切削试验研究,对比研究超声振动辅助切削及普通切削条件下切削参数对切削力的影响规律。结果表明:SiCf/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助切削时优选钎焊金刚石磨头,超声振动辅助切削相较于普通切削的切削力降低了10%~20%,主轴转速、进给速度、切削深度都会影响超声振动辅助切削和普通切削时的切削力。为降低切削力、减小刀具磨损,超声振动辅助切削主轴转速应控制在4000 r/min。

钛合金椭圆超声振动辅助切削表面质量仿真研究

椭圆超声振动辅助切削(EVAM)技术是提高难加工材料加工质量一种有效的加工方法。建立超声振动有限元模型研究超声振动参数(频率和振幅)对Ti6Al4V加工残余应力和表面形貌的影响规律。有限元分析结果表明,超声振动切削可以增大工件的最大残余压应力分布深度,但会恶化工件表面形貌完整性。Y方向振动对工件表面的脉冲冲击载荷有利于增大工件的残余压应力场。工件表面形貌完整性随着振动频率和X方向振幅增大逐渐改善,随Y方向振幅增大逐渐恶化。提高振动频率和振幅均有利于工件表面残余压应力的形成,从而有利于提高工件的加工质量。

钛合金超声振动辅助切削研究进展

超声振动辅助切削(UVAM)作为一种新颖而有效的加工技术,可有效提高工件的切削加工性能,被广泛应用于钛合金切削加工领域。主要综述了钛合金超声振动辅助切削技术的国内外研究进展,主要集中于降低钛合金切削的切削力、切削温度、刀具磨损和提高工件表面质量等方面,可以较好地提高钛合金的切削性能,进而阐述新技术结合应用研究的新进展。最后,展望了该研究领域未来的主要研究方向和发展前景。对工程应用可行性、微观组织演变规律和专用设备的开发等的研究,仍然是当下和未来的研究热点。

钛合金超声振动辅助切削锯齿形切屑形成机理的数值分析

超声振动辅助切削(UVAM)作为一种新颖而有效的加工技术,可有效提高工件的切削加工性能,被广泛应用于钛合金切削加工领域。建立热-力耦合模型仿真超声振动切削钛合金Ti6Al4V的瞬态切削过程,研究不同振幅对钛合金锯齿切屑的影响。数值研究结果表明:超声振动与切削速度的耦合作用导致材料出现大塑性变形,且高温是形成锯齿形切屑的主要原因。随着振动振幅的增大,切屑的弯曲半径、锯齿齿距和锯齿化系数均随之增大。本文结论为钛合金超声振动辅助切削的锯齿形切屑形成机理研究提供了参考。

SiCp/Al复合材料在常规与超声振动辅助条件的切削过程和表面形成的有限元分析

SiCp/Al复合材料是一种典型的难加工的材料,由于其基体中颗粒增强导致常规切削中加工质量差、切削阻力高、加工损伤高,机械加工性差,常规切削已不能满足加工要求。通过切削仿真,对比分析常规与超声振动辅助切削条件下复合材料的切削过程、SiC颗粒的损伤特性、工件的表面形貌与亚表面损伤。结果表明,相比于常规切削,超声振动辅助切削可以提高复合材料的表面完整性,减少复合材料的亚表面损伤,并且能够提高工件的表面质量。

大振幅超声振动辅助高速干切装置设计开发与性能测试

超声换能器是超声振动辅助切削装置的核心部件,为研制适用于高速干切的大振幅超声振动辅助切削装置,需先设计研制超声换能器。基于考虑刀具的二级放大超声换能器设计方法,遵循“变幅杆-超声换能器”一体式设计理念,结合ANSYS有限元软件的模态分析和谐响应分析结果,设计并研制了二级放大超声换能器。根据研制的二级放大超声换能器特性,系统设计并研制与其相匹配的超声波发生器、止转环、输电系统和刀柄壳结构。对二级放大超声换能器进行了阻抗分析和振幅测量等性能测试。对所设计研制的大振幅超声振动辅助高速干切装置开展实验测试分析,探究了其对难加工材料30CrMnSiNi2A加工表面质量的改善程度。结果表明:二级放大超声换能器纵向振动仿真结果与理论设计一致,二级放大超声换能器输出振幅稳定,在50%输出功率下纵振振幅为15.4μm,最大可达25.1μm,且输出振幅与功率百分比呈正相关,性能良好;所研制的大振幅超声振动辅助切削装置可大幅降低进给方向切削力和表面粗糙度,显著提高难加工材料加工表面质量,适用于难加工材料高速干切。

超声振动切削表面织构摩擦性能研究

利用超声振动辅助切削在零件表面制备织构,通过流体润滑摩擦实验对表面织构的摩擦性能进行测试,分析了织构参数对摩擦性能的影响,并对光滑表面与织构表面进行摩擦系数对比。结果显示,织构单元的长度、长宽比以及面积越大,摩擦系数越小,并且长度对摩擦系数的贡献率为63.74%。相同实验条件下,织构表面的摩擦性能较光滑表面可以提升34.3%。

超声振动条件下微织构刀具车削Inconel718合金

Inconel 718合金对有机酸、碱等具有良好的耐受性,同时具有渗氮、渗碳、熔盐、抗氧化等优点.由于具有较高的硬度以及加工硬化现象,镍基高温合金Inconel 718是一种典型的难加工金属材料.针对镍基高温合金Inconel 718的难加工问题,对比在常规切削(CC)和超声椭圆振动辅助切削(UEVC)的条件下使用不同形状的微织构刀具研究Inconel 718合金的切削性能.首先,分析UEVC加工机理及特性,建立刀具-切屑界面摩擦模型以及有限元仿真模型;其次,在两种加工方式下对模型进行切削分析.仿真结果表明:相比CC的加工性能,在UEVC加工条件下,微织构刀具的切削性能更好,促进了切屑的断裂脱落,三种微织构刀具在UEVC加工过程中的平均主切削力和推力大幅降低.

超精密切削用刀具超声激振机构的设计

该文设计一种基于夹心式压电陶瓷结构的刀具超声激振机构,用于超声振动辅助金刚石刀具进行超精密切削。通过分析超精密切削技术需求,提出了激振机构结构设计方案,进行了解析设计和有限元仿真分析,制作出激振机构,进行了性能测试,并开展了超声振动辅助切削的可行性实验。研制的激振机构可实现频率42.0kHz、振幅峰峰值8μm的超声激振,并在超声振动辅助金刚石刀具超精密切削中表现出良好效果,切削模具钢工件端面达到表面粗糙度Ra 0.018～0.05μm。