功率超声车削加工装置的设计与仿真分析

根据功率超声振动车削的加工特点,在原有设备的基础上,改进并设计了适于镁铝合金加工的纵向超声振动车削装置,该装置由压电换能器、复合变幅杆、换能器外壳、刀具、刀具安装部分和装置安装部分组成,并对变幅杆和整个装置系统进行模态分析,得到变幅杆和整个装置系统的共振频率分别为21.611KHz和18.236KHz,分析结果符合设计要求,为进一步实验打下了基础。

高效实用化超声车削技术

提出了新型高效实用化超声车削设备开发思路和方案,成功开发了新型超声车削装置,使用新型超声车削装置对难加工材料进行了超声车削试验,为工业化应用奠定了基础。

超声车削瞬时切削力仿真研究

针对尚未掌握超声辅助车削加工过程中瞬时切削力的变化规律的情况,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,采用Johnson-Cook本构模型建立了40CrNiMo合金超声车削加工的三维模型。利用正交切削方式对超声车削和普通车削进行了切削力的仿真,得到了超声车削和普通车削的瞬时切削力变化曲线。将超声车削和普通车削的平均切削力大小进行对比分析。结果表明,超声车削的平均切削力要远远小于普通车削的平均切削力。

难加工材料超声车削有限元仿真

针对普通车削不能很好的满足一些难加工材料性能要求的情况,提出了超声波辅助车削技术,这项技术是将超声振动有规律地叠加在刀具上,形成稳定有规律的振动,这样就会产生动摩擦并且以动摩擦代替静摩擦。通过对超声车削加工和普通车削加工在不同切削速度和切削厚度时的有限元模拟仿真,分别探讨在相同条件下不同厚度、不同切削速度对瞬时切削力的影响;同时,对比普通车削和超声车削在加工过程中的等效应力云图,可以得出超声车削在加工难加工材料时的优越性。

细长导辊超声车削的试验研究

怎样提高细长轴车削表面质量 ,一直是机械制造生产中的难题之一 ,该问题在不锈钢细长导辊的车削过程中显得尤为突出。利用超声振动车削方式 ,对细长不锈钢导辊进行车削试验研究 ,探讨了切削速度、进给量、切削深度以及刀尖振幅对工件表面粗糙度的影响。

功率超声车削加工刀具的计算机仿真

分别利用ANSYS有限元分析软件和UG的高级仿真模块对功率超声振动车削加工装置的刀具部分进行了模态分析,通过对比找出其自振频率,通过改变刀柄的尺寸,使其共振频率符合设计要求。

超声车削气凝胶材料声学系统设计及实验研究

根据二氧化硅气凝胶材料特点,设计并研制了一种新型二氧化硅气凝胶材料超声车削声学系统。采用四端网络法对声学系统的变幅杆及加工工具进行理论尺寸计算,并通过有限元法对整个声学系统进行模态分析。研究了二氧化硅气凝胶材料车削时在无超声辅助及施加超声条件下的切削力大小,对比实验结果证明,经过超声车削的二氧化硅气凝胶材料具有切削力小、加工表面质量好等优势。

超声车削振动系统的CAE研究与开发

随着超声应用技术的日益普及,功率超声车削在镁铝合金、稀土合金加工中的应用也越来越广泛,稳定、高效的超声振动系统显得越来越重要,研究开发参数化、模块化的超声振动系统的优势也凸现出来。在UG开发平台下,利用UG的二次开发工具与VC++结合,研究开发出了功率超声车削CAE系统,其中包括变幅杆设计、压电换能器设计和总装设计,最后通过超声车削AZ91D进行试验验证,表明设计方法和所设计的部件是合理的,具有广阔的应用前景。

超声车削弯曲振动系统的试验研究

设计并制造了三振型弯曲刀杆,计算出其固有频率为20.440 kHz。空载下,用自行研制的超声车削弯曲振动装置进行了试验研究。得出刀具在切削速度方向的振幅符合其位移方程x=αsinwt,呈正弦曲线,刀尖的振幅最大可达到18.1751μm,最小为10.3996μm,均能满足超声振动车削要求。

5A06铝合金的超声车削加工实验研究

5A0 6铝合金车削加工时粘刀现象严重,易产生积屑瘤,很难获得好的已加工表面质量,为解决这些难题,本文将超声波理论与切削加工理论相结合,利用超声车削方法进行实验研究,并对比超声车削与普通车削的加工效果.结果表明,超声车削可以降低切削力、减轻刀具磨损、改善已加工表面质量.

超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究

目的研究切屑形成机理对加工过程的影响。方法超声振动辅助车削技术通过刀具振动的拟间歇切削特征控制切屑尺寸和切屑形态,从而提高了加工表面质量。针对SiCp/Al复合材料的切屑形成机理,探究常规车削和超声振动辅助车削的切屑形成过程。研究了颗粒分布对第一变形区变形阶段的影响,以及不同加工方式下切削参数对切屑形态的影响。最后,描述了切屑自由表面和刀-屑接触界面的颗粒损伤形式,以直观地描述常规车削与超声振动辅助车削SiCp/Al复合材料加工中切屑的形成过程。结果通过测试加工后工件表面形貌发现超声振动辅助车削的切屑更加连续、切屑尺寸较小的加工表面粗糙度更小,常规车削的表面粗糙度为0.805μm,超声振动辅助车削的表面粗糙度为0.404μm,超声振动辅助车削比常规车削的表面粗糙度降低了49.8%。结论与常规车削相比,超声振动辅助车削有利于减小切屑厚度。超声振动辅助车削得到的切屑更加连续,避免了切屑碎裂,促进了切屑的顺利排出。通过对切屑形态进行研究,选择最优切削参数可以有效提高工件表面质量。

超声振动超精密车削Ti6Al4V的表面质量研究

为研究超声振动辅助超精密车削Ti6Al4V切削性能,使用Son-x公司的UTS one设备使单晶金刚石刀具在切削方向振动,使用350FG摩尔Nanotech 4轴机床进行加工,采用四因素三水平正交试验,试验因素为切削速度、切削深度、进给速度和刀具振幅,切削力、表面粗糙度为评价指标。采用Zygo的Nexview 8050三维光学表面轮廓仪测量表面粗糙度;采用Kistler 9256B三相测力仪测量主切削力、进给抗力、切深抗力;采用日立TM3000扫描电镜对切屑进行观察。结果表明:切削速度对表面粗糙度和切削力的影响最大,切削深度和刀具振幅影响次之,进给速度对表面粗糙度和切削力均无显著影响;提高刀具振幅从总体趋势上可以降低切削力和表面粗糙度;随着切削速度的提高,即使切削速度远低于传统公式中计算出来的临界切削速度,切屑也会从平整带状变为两侧呈规律性锯齿状的带状,进而成为散裂状并且中间出现裂纹的切屑,在刀具振幅下降的过程中,以上现象更为明显。

钛合金高速超声振动车削表面完整性及耐磨损性能试验研究

在可替代性弱且常被用于制造航空发动机关键部件的前提下,钛合金等难加工材料的高效高质切削面临挑战。针对钛合金Ti-6Al-4V加工表面完整性不佳和使役性能有待提升难题,开展了钛合金Ti-6Al-4V的高速车削试验,分析了高速超声振动切削技术对钛合金Ti-6Al-4V表面完整性和已加工表面耐磨损性能的改善效果,进而为钛合金Ti-6Al-4V的高质量加工提供理论支撑。结果表明,相比于普通切削,高速超声振动切削有效降低了钛合金Ti-6Al-4V的表面粗糙度,提高了表面强度和表面残余压应力,以及增强了耐磨损性能。

TC4钛合金二维超声振动车削性能研究

钛合金因其优越的物理和化学性能被广泛应用于航空航天、轮船船舶、武器制备等各类高精尖领域,但如何克服其高比热容、低热导率特性以实现高质高效加工也成为了机械加工领域的热点问题。二维超声振动车削加工工艺具有断续车削特性,能显著提升复合材料、脆性材料及陶瓷材料等难加工材料的车削效果。因此,采用二维超声振动车削工艺,对TC4钛合金进行车削加工,并从多种加工性能方面与传统车削进行对比。实验结果表明,二维超声振动车削工艺能够有效提高工件加工质量并降低切削过程中车削力,减小刀屑接触滑动区域与粘着区域的摩擦系数,延长刀具使用寿命的同时使其具有良好的断屑能力。另外,超声振动车削还会增大工件表面的加工硬化程度,细化表层晶粒,并增加工件表面残余应力。

刀具刃口半径对超声振动辅助车削影响研究

基于商业有限元软件Deform2D,以航空Al6061为研究材料,采用J-C本构模型,建立超声振动辅助车削有限元模型,分析刀具刃口半径改变时等效应变、等效应变率、等效应力、温度和切削力的变化规律。研究结果表明,刀具刃口半径的变化对最大等效应变、最大等效应变率的影响最大,对最高温度的影响次之,对最高等效应力的影响最小;超声振动辅助车削过程中,由于X方向为切削方向,故X方向的平均切削力比Y方向的平均切削力要大得多,且随着刀具刃口半径的增大而先增大、后减小,而Y方向的平均切削力由于Y向振动的影响,无特定变化规律。

二维超声振动车削6061铝合金圆筒表面粗糙度研究

目的研究分析二维超声振动车削加工中切削参数和声学参数对6061铝合金圆筒表面粗糙度的影响。方法结合二维超声振动特性,建立二维超声振动车削表面粗糙度理论模型,采用四因素四水平正交试验,获得二维超声振动车削6061铝合金圆筒过程中切削参数和声学参数对工件表面粗糙度的影响规律,选取其中4组进行二维超声振动车削与普通车削对比实验,并通过白光干涉仪和超景深显微镜对加工后的工件表面进行观测。结果正交试验结果表明,切深对加工表面粗糙度的影响不明显,超声振幅、转速、进给量对加工表面粗糙度的影响程度分别为84.35%、11.36%、4.29%。超声和无超声对比实验表明,二维超声振动车削相较于普通车削能显著降低车削表面的粗糙度,最大下降率为47.65%,最小下降率为11.27%;相比于普通车削加工,二维超声振动车削表面具有均匀分布的鱼鳞状微织构。结论加工参数对表面粗糙度影响的显著从高到低为超声振幅>转速>进给量>切深,最优加工参数为fr=0.15 mm/r、n=400 r/min、A=2μm、ap=0.2 mm。采用二维超声振动车削的加工方法,可以显著降低6061铝合金圆筒表面的粗糙度值,并且加工表面有均匀分布的鱼鳞状微织构。

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。

纵扭式超声振动车削不锈钢和钛合金研究

420马氏体不锈钢与Ti-6Al-4V钛合金是标准的难加工材料,车削时不易获得良好的切削质量,为此在C616普通车床上设计并安装了纵扭超声振动车削系统来提高其车削加工效果。介绍所设计的加工系统,利用该系统对两种难加工材料进行了有无超声振动的切削实验。结果证明:纵扭超声车削相比普通车削,能有效减少表面粗糙度,改变切削速度时表面粗糙度平均可降低约21.42%,改变切削深度时表面粗糙度平均可降低约15.61%,改变进给量时表面粗糙度平均可降低约21.01%;而且可以降低刀具磨损和取得更好的表面形貌和切屑形态,进而使纵扭式超声振动车削的切削质量优于普通车削。

超声振动车削光整技术研究

探讨了超声车削光整加工中各工艺参数对工件表面粗糙度的影响,利用田口试验方法分析了各水平因素与试验指标之间的关系并研究了最佳的加工工艺参数组合。实验结果表明,附加超声振动进行车削加工的光整效果明显优于不加超声振动进行光整加工的效果。未附加超声振动时,对表面粗糙度影响最大的因素是转速,影响最小的是进给量。附加超声振动时,对工件表面粗糙度影响最大的因素是转速,影响最小的是压深。

SiC_(f)/SiC超声振动辅助车削加工装置的刀柄设计与实验

针对SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料难加工问题,开展超声振动辅助车削刀柄设计与实验研究。通过理论计算并结合材料特性、刀具结构等分析,分别设计频率为20、30、33 kHz车削刀柄的变幅杆、换能器,通过有限元模态分析及刀柄检测,验证设计的合理性;针对超声车削刀柄开展加工测试实验,如频率检测、振幅检测、表面粗糙度检测,并进行样件车削加工。结果表明:采用超声振动辅助车刀可以对SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料进行加工,合理的参数频率为33 kHz,振幅为3μm,可有效降低切削力和切削热,能够改善材料的可加工性,解决SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料难加工问题。目前该设计已经在航空SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料加工领域首次成功地实现了工程化应用,并且还可以进一步推广到更广泛的领域。