超声椭圆振动切削难加工材料的研究进展

超声椭圆振动切削具有断续切削特性的切削优势,已成为国内外研究及应用的热点,尤其适用于脆性材料、复合材料等难加工材料的高性能制造加工领域。目前该技术的机理及对难加工材料的适配工艺方面仍不成熟,需要进一步地探索和实践。通过超声椭圆振动切削机理、特性以及对加工表面质量影响因素的分析,阐明了其在加工中低切削温度、低切削力、低损伤、高尺寸精度以及良好表面完整性的独特优势,综述了在塑性材料、脆性材料、复合材料等难加工材料领域的应用,为后续研究超声椭圆振动切削技术提供了参考。

超声椭圆振动铣削钛合金切削力和残余应力分析

铣削工艺以其高表面加工质量在制造领域中占有一席之地。为了进一步提高铣削精度,引入椭圆振动进行辅助加工,分析铣削钛合金切削力和残余应力特性。研究结果表明:当增大附加幅值时,平均径向切割力呈不断下降,有利于强化超声波椭振铣削作用,使加工周期明显缩短,而平均切削力也随之减小。随着超声振幅增大,表面残余应力增加,表面残余应力由表面最大点随深度增大持续下降,获得了稳定表面残余应力。该研究为后续的超声椭圆振动铣削工艺优化奠定一定的理论基础。

超声椭圆振动切削SiCp/Al复合材料仿真研究

SiCp/Al复合材料具有优异的物理性能,但颗粒的存在导致其加工困难。颗粒材料的超硬性和耐磨性、加工表面的损伤以及刀具的磨损被认为是该类颗粒复合材料加工的主要障碍。目的 针对SiCp/AI复合材料难加工特性,通过对比常规切削(CC)与超声椭圆振动切削(UEVC)来研究其加工机理,分析两种加工方式下颗粒的损伤对切屑形成以及表面质量的影响。方法 基于Si Cp/Al复合材料的实际微观结构建立切削模型,采用有限元仿真的方法从微观层面展现其切削过程,能够直观呈现两种加工方式下颗粒损伤对切屑形成、刀具磨损以及表面质量的影响,进而预测复合材料在实际加工过程中可能遇到的问题,提出相应的解决方案。结果CC加工为锯齿状切屑,切削过程中主要为颗粒对刀具的两体滑动摩擦以及铝基体粘着摩擦,加工中导致的地下损伤严重。而UEVC加工时切屑易成段分离,切削过程中主要为颗粒对刀具的三体滚动摩擦,切屑根部聚集的颗粒相较CC加工过程较少,弱化了对加工表面的损伤。在两种加工方式下,加工表面存在以下缺陷:颗粒破碎、颗粒凸起、大空腔、凹坑以及沟槽等。结论 总体来说,UEVC加工有利于断屑,导致的损伤缺陷更少,颗粒破损程度更小,能大幅降低切削力,对改善SiCp/Al复合材料加工表面质量有一定效果。

超声椭圆振动切削去除退役光伏组件含氟背板仿真研究

光伏组件中的背板是一种含氟塑料,回收利用价值低且易产生环境污染,需要提前去除集中处理。为了研究超声椭圆振动切削(UEVC)去除退役光伏组件含氟背板的优越性,开展了超声椭圆振动切削(UEVC)与常规切削(CC)的对比仿真实验,并针对UEVC进行以切削速度、切削深度、切向振幅和频率为变量的单因素仿真实验。仿真结果表明:UEVC过程中,切削温度和切削力与切削速度和切削深度成正相关,与切向幅值和频率成负相关。其中,切削力受到切削深度的影响最显著。相对于CC而言,UEVC能够明显降低切削力和切削温度,其中,主切削力降低43%,切削温度降低11%,是一种在无污染的前提下去除退役光伏组件含氟背板的有效加工方式。

超声椭圆振动切削装置应用现状及发展综述

椭圆振动切削装置可很好地解决高性能材料的硬脆性加工难的问题。椭圆振动切削装置通过给刀具施加超声振动使刀具与工件分离,这种方式可降低切削力,提高工件表面的加工质量。该文首先介绍了该装置的切削原理,其次对其结构特点和研究现状做了分析,最后对该装置的性能特性进行了总结。目的是通过对这类装置的介绍和性能分析,使超精密加工领域的相关科研工作者和技术人员较好地掌握类似装置的性能特性,为后续加工装置的优化设计提供理论参考。

超声振动辅助切削三维SiCp/Al复合材料温度仿真研究

铝基碳化硅(SiCp/Al)复合材料由于优异的性能在航空航天、汽车生产等领域中得到了广泛的应用。为了深入了解超声振动辅助车削SiCp/Al的切削机理,使用有限元仿真软件ABAQUS建立了超声振动辅助车削SiCp/Al的三维仿真模型,并分别对颗粒、基体及内聚力模型进行定义。针对所建立的三维模型仿真分别分析了不同切削速度、切削深度、刀具振幅以及刀具振动频率的SiCp/Al切削温度。从仿真结果可以看出:超声振动辅助切削SiCp/Al时,SiC颗粒的温度普遍比Al基体的温度要低,切削过程中工件的温度与切削速度、切削深度和刀具的振幅成正比,但是随着刀具振动频率的增加温度反而会降低,另外在剪切带的切削温度最高。

超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展

首先,阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点,着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。其次,分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的研究成果与进展,并且比较了超声椭圆振动切削与传统加工在加工性能、工件表面质量和加工精度等方面的加工优势与适用范围,以及不同超声振动装置在各切削加工中所能获得的加工效果。最后,对超声椭圆振动切削装置的发展趋势进行了总结和展望,指出该装置发展将朝着结合能场的方向发展。

低温微量润滑和超声椭圆振动下GH4169合金切削研究

GH4169镍基合金切削加工时容易造成明显加工硬化现象,形成了很大的切削力和切削温度,对刀具带来严重磨损。为了提高GH4169合金的切削机加工性能,结合超声椭圆振动(UEV)和低温微量润滑(CMQL)的优势设计了一种UEV+CMQL切削方式。搭建CBN刀具的GH4169合金切削实验,开展不同切削方式下切削力和切削温度性能分析。研究结果表明,采用低温微量润滑实现了切削力的大幅下降,促使工件硬度与切削力的显著提高。相比常规切削方法,以UEV与CMQL方法使温度减小19.7%。设定更低喷雾温度时刀尖应力明显减小,喷嘴角度减小可以使刀具中形成更低应力,延长刀具使用寿命,提升刀具耐磨性能并获得更优减磨效果也能够适难加工合金用,研究结果作为改善合金切削生产工艺的重要参考依据。

超声波椭圆振动切削技术

主要阐述了超声波椭圆振动切削原理和刀具椭圆振动系统;分析了超声波椭圆振动切削运动特性;介绍了超声波椭圆振动切削的实际切削效果。最后,对超声波椭圆振动切削技术进行了展望。

超声椭圆振动车削的切削特性

为了深入研究超声椭圆振动切削特性及其应用前景,通过建立超声椭圆振动切削模型,根据运动学方程,分析和推导出了切削占空比、振纹高度、振动频率、振幅之间的关系,揭示了超声椭圆振动车削表面粗糙度、加工精度、加工效率之间的相互关系。通过切削力和表面粗糙度试验对推导出来的结果进行了验证,试验结果表明有效减小切削力是超声椭圆振动切削加工应用的主要优势。

新型单激励椭圆超声振动切削系统的研究

提出了一种新型的单激励纵弯复合椭圆振动切削系统的结构。通过理论分析揭示了实现振动方式转换的机理,提出了实现椭圆振动的条件和结构设计的方法。通过有限元动态数值模拟分析和实验验证了理论分析的结果。

高频超声椭圆振动精密切削

研制了一种新型的工作频率为147.5kHz的超声椭圆振动换能器,进行了高频椭圆车削硬铝(LY12)的试验。试验结果表明,在精密切削中,同普通切削相比较,高频椭圆超声振动切削对表面粗糙度具有负面影响,但具有降低切削力和提高加工精度的特点,而同低频(20.5kHz)椭圆振动切削相比较,在相同条件下,可采用较高的切削速度,从而提高了工作效率。

超声椭圆振动精密切削

传统超声振动切削加工中刀具后刀面与工件已加工表面的高频摩擦使刀具承受交变拉压应力,导致刀具疲劳崩刃。超声椭圆振动切削技术使刀具以椭圆振动轨迹对工件进行切削,避免了刀具后刀面与已加工表面的摩擦,有效抑制了刀具的崩刃破损;同时,将刀具前刀面与切屑之间有害的摩擦力变为有利的切削力,增加了刀具的剪切角,降低了切削过程中的吃刀抗力,提高了加工精度。

超声椭圆振动切削表面形貌形成机理的研究

对超声椭圆振动切削过程和三维切削模型进行了分析,阐述了超声椭圆振动切削表面微观形貌的形成机理主要是由进给方向上的刀纹残留面积高度和切削方向上的振纹相互交织而形成的。同时对两者的影响因素进行了深入研究,进给方向上的刀纹残留面积高度主要由刀具的形状、参数和进给量来决定,切削方向上的振纹高度主要由椭圆振动的振幅、频率和速度系数来决定,同时受刀刃钝圆半径的影响较大。利用天然金刚石刀具和PCD刀具对紫铜件进行超声椭圆振动切削实验,验证了超声椭圆振动切削表面形貌形成机理及其影响因素分析的正确性。

改进人工蜂群在三维椭圆振动切削颤振抑制中的应用

针对三维椭圆振动切削在精密光学元件加工过程中颤振会降低光学元件加工质量的问题,对3D-EVC过程中的颤振进行研究。抑制颤振可看作切削参数的优化问题,即利用智能优化算法寻优获得最佳切削参数以满足颤振抑制参数的要求。为此提出一种改进的人工蜂群算法,应用于三维椭圆振动切削加工过程中以进行切削参数的优化,从而抑制切削过程中的颤振现象。并且将蜜蜂进化策略同粒子群算法中算子移动的"认知"和"社会"两部分进行结合,通过引入惯性权重来提高全局最优解的搜索能力及收敛性能;并且建立了刀触点振动幅值、切削深度、进给量及主轴转速之间的数学模型,最后应用改进人工蜂群(PABC)算法对理论模型进行参数优化;实验结果显示,通过参数优化后,刀尖点振动幅值显著下降,且工件表面粗糙度降低了70%。验证了利用该方法对3D-EVC过程中颤振现象进行抑制的有效性。

混联驱动三维椭圆振动切削颤振辨识方法的研究

椭圆振动辅助切削作为近年来最具有发展潜力的超精密车削加工方式之一,其特有的间歇性切削特性与摩擦力逆转特性使其不但能够改善加工过程中的材料可加工性,而且能有效的抑制颤振现象。然而针对三维椭圆振动辅助切削过程中的颤振研究目前尚无过多报道。在一种混联驱动三维椭圆振动辅助切削机构的基础上,采用经验模型分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)方法,提取三维椭圆振动辅助切削过程信号的特征量,并选取对颤振敏感的内模函数(Intrinsic Mode Function,IMF)的特征量,辨识三维椭圆振动辅助切削过程中颤振发生的现象。通过搭建三维椭圆振动辅助切削平台与采集位移信号的分析情况来验证了提出的混联压电式三维椭圆振动辅助切削过程颤振,为三维椭圆振动辅助切削的深入研究提供基础。

钨合金超声椭圆振动切削表面完整性研究

目的研究钨合金超声椭圆振动切削表面完整性的变化规律,为实现钨合金高表面完整性加工提供理论基础。方法设计单因素试验,采用单晶金刚石刀具开展钨合金超声椭圆振动切削试验,并与普通切削进行对比,研究不同切削深度下超声椭圆振动对工件表面形貌、表面粗糙度、微观组织、位错密度、显微硬度以及表面残余应力的影响。结果普通切削或超声椭圆振动切削后,工件表面的位错密度、显微硬度以及残余应力均随着切削深度的增加而增大,且亚表面的晶粒都发生了一定程度的塑性变形,并出现了晶粒细化。与普通切削相比,超声椭圆振动切削可以有效抑制加工过程中鳞刺和犁沟的产生,改善表面粗糙度;工件表面会产生更高的硬化程度、残余压应力和位错密度,位错密度的量级在10^(8) mm^(–2);亚表面的变质层厚度更小。结论相比于普通切削,超声椭圆振动切削可以降低表面粗糙度,增大表面残余压应力,提高工件表面完整性。

TC4钛合金超声波椭圆振动切削仿真研究

运用ABAQUS软件建立了TC4钛合金热应力耦合二维超声椭圆振动切削模型,并进行了超声波椭圆振动稳态切削的有限元仿真,得到了椭圆振动切屑形状和切削力、切削温度的变化曲线,并且与普通振动切削进行了对比分析,结果表明了椭圆振动切削的切屑变形系数、切削力更低,切削温度略有升高,从而说明超声椭圆振动切削可以进一步改善切削条件,有利于实现TC4钛合金高精度加工。

超声椭圆振动切削硬质合金脆性-延性转变临界条件研究

为了实现硬质合金的高效延性加工,联系硬脆材料表面生成裂纹的临界载荷与超声椭圆振动切削硬质合金的主切削力,建立超声椭圆振动切削硬质合金脆性-延性转变的临界切削深度模型,研究切削速度、刀具圆弧半径、椭圆振动频率、振幅、硬质合金的硬度、断裂韧性与临界切削深度的关系;通过仿切削刻划试验,验证了切削速度与硬质合金的硬度、断裂韧性对临界切削深度的影响规律;对比普通切削,超声椭圆振动切削有利于提高硬质合金的临界切削深度,在改善加工表面质量及精度的前提下,提高了加工效率。

超声椭圆振动切削钛合金切削力特性研究

利用超声椭圆振动切削(UEVC)对TC4钛合金切削力特性进行了研究。基于ABAQUS力-热耦合模型分析了超声椭圆振动切削钛合金的瞬态切削过程,模拟在不同切深和切削速度下的瞬态切削情况,提取和对比普通切削(CC)和超声椭圆振动切削的主切削力,进而进行数据处理,分析两者主切削力对比情况和平均主切削力之差的变化。研究分析表明:在椭圆振动切削下,切削力减小比率随着切深的增加而减小,随着切削速度的增大而增大。最后进行试验验证,实验结论与仿真结果一致。对超声振动切削难加工材料钛合金时切削用量的选择提供了参考。