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。

椭圆振动辅助切削振动参数对加工SiCp/Al切削力的影响研究

为了研究椭圆振动辅助切削SiCp/Al复合材料的材料去除机理以及不同振动参数对切削力产生的影响,运用有限元分析软件ABAQUS建立二维平面的SiCp/Al复合材料切削模型,对比前人不同切削深度下测得切削力的实验数据验证模型正确性,进行椭圆振动辅助切削仿真研究。仿真结果表明,相位差为π/2时平均主切削力和吃刀抗力最小;随着振动频率的增大,平均主切削力和吃刀抗力都有着减小的趋势;X方向振幅对主切削力和吃刀抗力有着显著影响,X方向振幅增大,切削力减小;Y方向振幅增大,主切削力减小但吃刀抗力略有增大。

基于ABAQUS的超声椭圆振动车削钛合金TC4数值分析

钛合金TC4在加工过程中会出现工件变形及黏结等问题,因此加工难度较大。利用ABAQUS软件创建仿真模型,对比了超声椭圆振动车削和常规切削对钛合金TC4力学特点的影响,并对比分析了超声椭圆振动车削钛合金TC4的切削速度、切向幅值、频率和切削深度对切削力的影响。结果表明,超声椭圆振动切削平均切削力随着切削深度及切削速度的增加而增加;随着切向幅值及振动频率的增加而减小;与常规切削相比,超声椭圆振动切削能够明显降低切削力,改善表面加工质量,提高加工效率。

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。

SiC_(p)/Al超声椭圆振动车削力热特性仿真研究

SiC_(p)/Al复合材料在航空航天、精密仪器等诸多领域发挥重要作用,但是其在加工中会出现较高的切削力和切削温度,从而降低其车削加工表面质量和精度。为探究超声椭圆振动作用及车削工艺参数对SiC_(p)/Al车削的影响,在ABAQUS中建立了SiC_(p)/Al超声椭圆振动有限元车削仿真模型,优化了SiC_(p)/Al微观几何建模方法,对车削模型进行验证并开展车削仿真试验研究。试验结果表明,超声椭圆振动车削可有效减少亚表面损伤、表面裂纹等缺陷。通过变切速和变切深单因素试验,发现随着切削速度和切削深度增加,普通和超声车削主切削力和切削温度均增大,超声椭圆振动技术可有效降低SiC_(p)/Al车削过程的主切削力和切削温度。在所选参数中,切深100μm、切速200mm/s时超声作用降低切削力作用最大;切深20μm、切速600 mm/s时超声作用降低切削温度作用最大。

钛合金薄壁件超声椭圆振动铣削研究

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。

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。

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。

不分离型超声椭圆振动切削试验研究

超声椭圆振动切削在分离切削区能够有效地降低切削力、抑制加工过程颤振、提高零件表面加工质量和延长刀具的使用寿命,为此已成功地应用于精密和超精密加工领域。为更充分发挥超声椭圆振动切削技术的优势,拓宽其应用领域,在深入分析椭圆振动切削过程和表面微观形貌形成机理的基础上,通过具体的切削试验验证超声椭圆振动切削在不分离区仍然具有降低切削力、抑制加工颤振、降低已加工表面粗糙度等优势特性。同时,不分离型超声椭圆振动切削的加工效率是分离型椭圆振动切削的2～3倍,进一步提高超声椭圆振动切削的加工效率。但是,这些特性在不分离切削区随着速度系数的增加而逐渐减弱,当速度系数大于3以后,这些切削优势特性基本消失。

弱刚度零件的超声波椭圆振动切削加工

根据弱刚度零件端面切削实验,研究了超声波椭圆振动切削对弱刚度零件的切削效果。与没加超声波椭圆振动的普通切削相比,超声波椭圆振动切削能显著地提高已加工表面光洁度和抑制颤振。并且基于超声波椭圆振动切削特性,分析了超声波椭圆振动切削对绝对稳定切削刚度的影响,结果表明:由于刀具前刀面与切屑之间的分离特性和摩擦力方向反转特性共同作用,增大了绝对稳定切削刚度,增强了抗颤振能力,提高了弱刚度零件表面的加工质量。

钛合金超声椭圆振动辅助车削实验研究

设计钛合金超声椭圆振动辅助车削实验,获得不同超声波电源电压下刀具近似椭圆运动轨迹。分析超声椭圆振动辅助车削切削力变化规律,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削能在较大程度上降低切削力。研究超声椭圆振动辅助车削工件表面粗糙度变化规律,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削工件表面粗度Ra值略增大,Rz值明显降低。分析进给速度对切削力的影响规律,随进给速度增大,普通车削及超声椭圆振动辅助车削切削力均升高。对同一进给速度,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削切削力均降低,且随进给速度增加其降低幅度减小。对比超声椭圆振动辅助车削与普通车削工件表面形貌发现,施加超声椭圆振动后工件表面沿切削速度方向形成有规律振纹。

纵弯复合型超声椭圆振动辅助抛光光纤阵列系统设计

对现有的化学机械抛光工艺难以满足光纤阵列组件高质量和高效率的要求,根据杆件的纵向振动和弯曲振动基本方程,设计了一种纵弯复合超声椭圆振动装置,用于光纤阵列组件的超声椭圆振动辅助化学机械抛光,以提高光纤阵列组件端面的抛光质量和抛光效率。所设计的纵弯复合超声振动系统实现了36kHz下纵向4阶和弯曲13阶的同频超声振动。振幅测试试验结果表明,超声椭圆振动双向振幅分别为3μm和2.5μm,超声椭圆振动辅助化学机械抛光后的光纤端面粗糙度达到27.58nm。

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。

光纤阵列的超声椭圆振动辅助化学机械抛光

为了获得平整的光纤阵列端面,设计了一套超声椭圆振动辅助化学抛光系统,并进行常规化学机械抛光和超声椭圆振动辅助化学机械抛光的对照试验。结果表明,应用超声椭圆振动辅助化学机械抛光技术加工光纤阵列,选择合理的抛光工艺参数,可获得质量较好的光纤阵列端面,相比于常规化学机械抛光技术,光纤的表面粗糙度降低了25%。采用单因素试验法,分别研究了抛光粒子材料及抛光液酸碱性对于超声椭圆振动辅助化学机械抛光的作用效果,并利用Vecco表面轮廓仪对抛光后光纤阵列端面进行观察和分析。采用正交试验法获得了一组超声椭圆振动辅助化学机械抛光光纤阵列的优化工艺参数,最佳工艺参数组为:超声振动频率25 k Hz,抛光液流量35 m L/min,抛光压力50 k Pa,抛光盘转速20 r/min,抛光粒子质量分数0.5%。

双弯曲型单激励超声椭圆振动系统研究

通过理论分析和有限元模拟提出了采用单激励的双弯曲型椭圆超声振动系统,建立了系统的力学模型,分析了系统参数变化对椭圆轨迹的影响。提出了采用弯曲振动换能器驱动的振动系统结构及其设计方法。

自同步平动椭圆振动筛的理论研究

对新研制的双激振电动机驱动平动椭圆振动筛做了理论研究 ,建立了自同步平动椭圆筛的力学模型 ;通过对该型筛的动力学分析 ,确定了平动椭圆筛力心 ,并用解析法证明了力心的唯一性。该型筛的电动机位置和其内部结构完全不同于美国BEM振动筛 ,它通过调节上、下偏心块的夹角 ,可实现力心与筛箱质心的重合 ,从而也形成平动椭圆振动轨迹。与GW - 1型和BEM型平动椭圆振动筛相比 ,该型筛节省占地面积 ,噪声小 ,运转平稳 。

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。

非对称结构单激励超声椭圆振动车削系统振子研究

采用在变幅杆上开槽的方式设计了一种非对称结构单激励超声椭圆振动车削系统振子,利用有限元分析软件ANSYS对该振子进行了结构动力学分析,并对其样机进行了阻抗测试和动态特性测试,验证了其单激励超声椭圆振动效果和车削系统设计方案的可行性。