高速超声振动切削钛合金可行性研究

钛合金由于其出色的机械性能广泛的应用于航空航天结构组件中。但较低的机械加工性使得钛合金切削速度低,即使在使用先进的切削刀具时,也因切削高温而难以进行高速切削加工。断续切削是一种有效地降低切削温度和改善切削质量的方法,作为典型的断续切削方法,传统超声振动切削(Traditional ultrasonic vibration cutting,UVC)和椭圆超声振动切削(elliptical ultrasonic vibration cutting,EUVC)已取得了显著的加工优势。但振动切削临界速度限制了它们的应用仅在低速切削场合。因此一种新的超声振动切削方法被提出,即高速超声振动切削(High-speed ultrasonic vibration cutting,HUVC),此时刀具的振动方向与进给方向平行。当切削速度远远超过UVC和EUVC方法的临界速度时,刀具和工件依旧可以在一定的条件下实现分离。从而HUVC方法实现了宏观上的高速切削和微观上的断续切削,提升了钛合金的切削加工性。首先,HUVC方法的原理在文中给出,随后通过一系列使用普通切削(Conventional cutting CC)方法和HUVC方法的高速切削Ti-6Al-4V合金的对比试验来验证HUVC方法的可行性。试验结果表明,因刀具磨损的显著下降,HUVC方法的刀具寿命可最大提升300%。此外,相比CC方法,HUVC方法的切削效率可以显著提升90%,切削力最大下降50%并在连续的切削加工过程中获得更佳的表面质量。

高聚物粘结炸药模拟材料的超声振动切削试验研究

高聚物粘结炸药广泛运用于武器战斗部领域,由于其低拉伸强度使得传统切削方式加工炸药件时易出现脆性断裂等问题。超声振动切削目前已广泛运用于不包括炸药在内的玻璃、陶瓷及各类合金等难切削材料的加工中。研究中以高聚物粘结炸药模拟材料为试验对象,开展超声振动切削和传统切削的对比试验研究,结果表明超声振动切削可有效降低切削力,各向切削力的下降程度依次为主切削力>切深抗力>进给抗力,具体下降幅度范围为61.75%～67.98%、55.57%～65.56%和31.63%～42.29%;已加工表面的光学显微观测显示超声振动切削获得的表面无明显的切削纹理,同时较传统切削表面灰暗,表明该切削方式在一定程度上有利于缓解切削过程中刀具尖端与炸药材料之间的挤压行为,进而有望获得表面残余应力更小的加工表面,降低挤压生成热和出现切削意外时的风险。由于主切削力和切深抗力的大幅度下降,超声振动切削还可以增强细长杆、薄壁类炸药件的产品制造能力。

黑色金属的金刚石超声振动切削

黑色金属的金刚石超声振动切削大连理工大学（１１６２２４）张元良刘欣方加宝董桂英陈懋圻迄今为止，在生产中，天然金刚石只能用于切削有色金属、塑料及某些晶体材料，不能加工钢铁等黑色金属。这是因为在切削黑色金属时，金刚石刀具的磨损极快，使切削难以持续进行。在...

超声振动切削SiCp/Al复合材料的刀具磨损试验

分别采用超声切削和普通切削两种方式对SiCP/Al复合材料进行了车削试验,研究了切削参数对硬质合金YG6刀具磨损的影响规律,并在同等条件下与聚晶金刚石(PCD)刀具进行了对比。发现超声切削的刀具磨损量要小于普通切削的刀具磨损量;超声切削时PCD刀具的磨损量约为YG6刀具磨损量的1/10,这点和普通切削十分相似。

超声振动切削SiC_P/Al复合材料的刀具磨损机理分析

采用硬质合金YG6刀具分别在普通切削和超声切削方式下,对切削SiCP/Al复合材料时的刀具磨损机理进行了分析,发现超声切削的刀具磨损机理主要是磨料磨损和粘结磨损,但都没有普通切削时严重,这也是超声切削为何能减小刀具磨损的一个重要原因。

超声振动切削对炸药模拟材料切削温度的影响

为了解超声振动切削对切削温度的影响,促进该技术在炸药机械加工领域中的应用,对HMX基高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料进行了传统切削和超声振动切削的对比试验,测试了已加工表面和刀尖区域的切削温度分布,分析了超声振动切削对切削累积热的作用机制。结果显示:两种切削方式的切削温度均随切削速度、切削深度和进给量的增大而增加,且超声振动切削的增加量更大,给定切削参数下的最高切削温度为78.1℃,较传统切削高31.3℃。分析表明:超声振动切削的生成热低于传统切削,散失热高于传统切削,激振热量的累积是造成切削温度高于传统切削的关键原因;当激振热量大于、等于或小于散失热与生成热变化量之和时,切削温度较传统切削升高、不变或降低。

基于动态断裂力学的超声振动切削分析与仿真

为了解释超声振动切削所具有的切削力小等优点的产生原因,进行了超声振动切削的切削机理研究.文中采用动态断裂力学的方法,分析切削过程中由于引入振动所产生的冲击作用,引起了工件内部的动态应力强度因子的变化.利用理论分析与数值仿真相结合的方法,从力学的角度给出切削区产生断裂,从而形成切屑的机理.仿真结果说明了超声振动切削机理:由于振动加入所带来的动态效应使得切削区材料更易发生断裂,导致振动切削力下降.在上述分析基础上,给出了振动切削中正确选择振动参数的方法.

SiCp/Al复合材料超声振动切削加工表面质量试验研究

对超声振动切削颗粒增强金属基复合材料SiCp/Al的表面物理机械性能主要是表面残余应力进行了试验研究,并与普通切削进行了对比分析。试验结果表明:超声振动切削表面产生残余压应力,能够提高工件的抗疲劳强度。超声振动切削SiCp/Al材料已加工表面残余应力大于普通切削该材料的表面残余应力,超声振动切削下表面残余应力随着切削速度的增大,残余压应力减小,但残余应力随切削深度的变化不大。

超声振动切削刀具设计

介绍频率40kHz,振幅在(10～35)μm范围可调的振动刀具的设计过程,该刀具选用通用信号发生器作为超声波信号源,对其(0～5)V正弦电压信号进行放大,输出幅值(0～350)V用于激励压电换能器,将超声电振荡转换成机械振动,对振动信号再经变幅杆机械放大,使刀具振动幅值达到(10～25)μm以上进行切削。利用该刀具切削工件的精度和表面粗糙度达到精密切削的效果,并且已进行了天然金刚石精细切削不锈钢零件的实验,切削后的刀具磨损量明显降低。

铝合金超声振动切削实验研究

利用自行设计的20 kHz超声振动切削系统,在不同的切削速度下,对航空硬铝(7075)进行非传统式的普通切削和振动切削对比试验。试验结果表明:振动切削的加工效果明显优于普通切削,振动切削存在一个最佳切削速度,振动切削加工的切削力明显小于普通切削加工,振动切削在加工过程中更加平稳。

塑性材料超声振动切削变形区分析

基于商用有限元软件ABAQUS,以切削高温合金为例,采用新的弹塑性材料本构关系,建立振动切削下刀具与工件接触二维正交模型,分析材料去除机理,研究切削力、变形区的应力分布变化规律等,并进行动态冲击切削试验加以验证.研究发现:相比普通切削,振动切削时第一变形区离刀具较近处在刀具一次振动冲击时即达到材料强度极限,自身内部发生损伤破坏,只需刀具以很小的力推进即可切除,符合振动切削超前损伤机理;此外,第三变形区处振动切削应力最大值小于普通切削的,故摩擦挤压程度较小,与振动切削塑性材料加工表面质量较高的事实一致.

超声振动切削技术发展简述

超声振动切削作为一种特种加工方式,在金属切削、脆性材料与复合材料加工领域中有着广泛的运用。一维超声振动切削和椭圆超声振动切削是超声振动切削加工的两种常见形式,能有效地降低切削力、切削热,并提高刀具寿命和加工表面质量。高速超声振动切削作为一种新方法被提出,打破了前二者的临界切削速度,并在TC4钛合金切削实验中保持了超声振动切削的传统优势,同时实现了200~400 m/min的高速切削,将超声振动切削推入了高速化发展阶段。

超声振动切削超薄壁精密零件的圆度误差试验研究

试验研究了超声振动车削直径为47.75mm壁厚为0.8-1.5mm的照相机导向筒超薄壁精密零件的圆度形成规律及切削参数对圆度误差的影响。研究表明:超声车削精密超薄壁零件,圆度误差最小是普通精密切削的1/3。

超声振动切削时硬质合金刀具磨损机理研究

根据硬质合金刀具片材料的结构相碳化钨（ＷＣ）和粘结相钴（Ｃｏ）在机械性能方面的差异，探讨了超声振动削时刀具磨损的机理，分析表明，刀具磨损速率的大小与碳化钨晶粒度的大小密切相关，试验表明，只有在采用超细晶粒度的硬质合金刀片时，超声振动切削才能提高刀具寿命，而进一步提高其寿命的根本途径是采用浸润性能良好的低粘度矿物油作切削液。

超声振动切削的滑移线切削模型

建立了超声振动切削的滑移线切削模型,导出了振功切削剪切角比普通切削剪切角增大Δφ的表达式,从而明确了影响振动切削剪切角增太的主要因素。

基于CVD厚膜金刚石刀具的超声振动切削模具钢实验

采用化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)厚膜金刚石刀具进行模具钢超声振动切削实验.首先阐述刀具的材质特点,观测其刀尖微观形貌和切削刃截面轮廓.然后搭建了适应精密/超精密加工需求的超声振动切削实验装置,其中激振机构可稳定实现频率42.0 kHz、振幅峰峰值8～9μm的振动输出.通过切削无氧铜实验证明该超声振动切削装置工作有效、稳定后,选用AISI 420模具钢进行切削实验,研究切削工艺条件及切削用量对加工质量的影响,得到适用于CVD厚膜金刚石刀具的切削用量选取范围,对比研究发现超声振动切削在提升加工表面质量、减少金刚石刀具磨损方面均优于常规切削.本研究可使切削模具钢时的金刚石刀具磨损VB max由500～600μm减少至40μm,模具钢表面粗糙度R a由0.93μm改善至0.09μm.本研究为金刚石刀具超声振动切削模具钢的实用化积累工艺经验,并探索提供可行的技术实现途径.

超声振动切削薄壁镜筒零件的研究

作者将超声振动引入薄壁镜筒零件车削中以减少零件变形，并开发出了适用于振动切削系统的 刀尖高度调节机构，最后给出了超声切削和普通切削的对比数据。证明超声切削确实能有效提高 薄壁零件的加工质量。

超声振动切削系统中阶梯式刀杆的变幅功能

迄今为止,超声振动切削系统的增幅功能均由纵振动变幅杆完成(即一级变幅),本文研究和发现了阶梯式刀杆在系统内的二级变幅作用,在理论和实验方面较详细地探讨了其变幅规律,从而,冲破了只用纵振动变幅杆增加刀尖振幅的传统设计,为研究新型振动系统提供了依据。

超声振动切削SiC_P/Al复合材料的刀具磨损形态研究

在超声和普通切削方式下对YG6、PCD刀具切削SiCP/Al复合材料时的刀具磨损形态进行了试验研究,试验发现其磨损形态主要表现为前刀面磨损、后刀面磨损和刀具破损。切削路程较短时,在两种切削方式下YG6前刀面均未见有明显的月牙洼磨损,YG6刀具的后刀面靠近刀尖部位的磨损形态呈倒三角形;而PCD刀具没有发现明显的磨损,但刀尖发生了严重的崩碎现象。

Inconel 718合金超声振动切削质量与刀具寿命控制研究

超声振动切削UVC是解决难加工材料精细加工问题的理想方法。在对Inconel718合金同时进行UVC和传统车削法CT加工中,研究了切削参数(切削速度、进给量、切削时间)对刀具切削性能的影响。通过对刀具磨损、切屑形态和工件表面粗糙度的研究,发现在进行低速硬态切削时,UVC在切削表面质量和刀具寿命方面均优于传统车削加工。同时随着刀具-工件表面接触率TW CR的降低,刀具磨损和切削力随之降低,而工件表面质量和刀具寿命得到提高。