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。

钛合金超声振动钻削特性研究

为研究钛合金超声振动钻削的特性,分析工艺参数对切削力的影响,指导工艺参数的选择,进行了钛合金超声振动钻削的正交对比试验。试验表明:超声振动钻削的切削力随振幅增大而减小,随切削速度、钻头顶角和进给速度变化的规律与普通钻削相似,但是相应的变化幅度更大,而且切削力波动更大;一定切削速度范围内,采用较大振幅、较小钻头顶角及较大进给速度,能保证钻削钛合金的加工质量和钻头使用寿命,并提高加工效率,降低加工成本。

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。

基于二维超声振动辅助的钛合金切削加工分析与试验研究

针对普通切削时钛合金表面质量较差的问题,将二维超声辅助切削用于钛合金的加工过程。对钛合金的超声振动切削理论进行分析,找出影响刀具运动轨迹及切削力的因素;设计基于二维超声振动的钛合金表面切削试验,研究超声振动对切削力、工件表面形貌以及刀具寿命的影响。结果表明:与普通切削相比,二维超声振动辅助切削可以有效降低加工中的切削力,减轻加工过程对刀具的冲击,提高刀具的耐用度;且在相同加工条件下,二维超声振动加工时的切削力下降了47.7%,工件表面轮廓平均高度减小了40.9%,刀具的使用寿命提高了近1倍。

TC4合金径向超声振动铣削切削力特征分析

在设计的径向超声振动铣削实验平台上,对TC4合金径向超声振动铣削的切削力特征进行了研究。建立了径向超声振动铣刀刀尖运动轨迹数学模型,并通过仿真分析发现,在主轴转速一定的情况下,每齿进给量是影响刀刃和工件周期性分离的主要因素,随着进给量的增大,刀具与工件分离程度变小,直至不能分离。设计了以每齿进给量为变量的单因素切削实验,发现在满足刀刃和工件发生周期性分离的条件下,超声振动辅助铣削的切削力明显降低,且其高频波动也比普通铣削小。通过对切削力随进给量的变化规律研究发现,在刀屑分离的范围之内,随着进给量的增加,超声振动辅助铣削时的切削力增加相对缓慢。当进给量超过两倍振幅后,切削力增加比较明显。但与普通切削相比,超声振动时的切削力仍然有一定的降低。

钛合金超声振动钻削工艺特性仿真及试验研究

针对钛合金传统钻削中存在的切削力大、切削温度高和加工质量差等问题,研究了钛合金超声振动钻削工艺特性。首先,通过超声振动钻削的运动方程,分析了其断续切削和高速切削的特性;然后,利用Deform-3D对钛合金超声振动力钻削的轴向力、扭矩和切削温度进行了仿真,并通过超声振动钻削试验研究了轴向力、扭矩和出口毛刺相对传统钻削的变化。结果表明:钛合金超声振动钻削可以降低平均轴向力约20%,降低平均扭矩约40%,降低平均切削温度50%以上,钛合金超声加工孔的加工质量明显优于传统加工。钛合金超声纵扭复合振动钻削相比超声一维纵振钻削可以进一步降低钻削轴向力、扭矩和切削温度,体现出更好的钻削工艺特性。

钛合金超声振动车削数值模拟

钛合金作为一种轻型优质的结构材料,被广泛应用在航天航空等领域。同时,钛合金也是一种难加工材料,传统切削工艺难以实现钛合金高质高效加工。超声振动辅助加工是将超声信号转换为机械振动,使工件与刀具周期性分离,从而实现加工的方法。以TC4钛合金为研究对象,建立了Abaqus二维车削有限元模型,开展了普通车削与超声振动车削钛合金的数值模拟对比研究。仿真结果表明:超声振动车削钛合金可以有效减小加工过程中的平均切削力以及刀尖切削温度,且在设定的参数范围内,振幅越大,改善效果越明显。

基于电塑性-超声振动耦合作用的钛合金车削实验研究

基于电塑性-超声振动耦合作用的钛合金车削技术,分别设计了钛合金普通车削实验、超声振动辅助车削实验及电塑性-超声振动耦合辅助车削实验。结果表明:与普通车削相比,超声振动辅助车削切削力降低,表面质量改善不明显,电塑性-超声振动耦合辅助车削的切削力在超声振动辅助车削的基础上进一步降低,并且表面质量较前两种方式有了明显的改善。分析了放电电压及放电频率对电塑性-超声振动耦合辅助车削切削力及表面质量的影响,发现选取较大的放电电压及较高的放电频率,可降低切削力并获得较好的表面质量。

钛合金薄壁件高速超声椭圆振动铣削机理和试验

针对航空领域中钛合金薄壁件在铣削过程中存在加工精度差、加工效率低等问题,提出了钛合金薄壁件高速超声椭圆振动铣削的方法。首先,在铣削加工中引入高速超声振动切削理念,使切削刀具刀尖附加椭圆振动进行超声频断续切削,可改善加工质量且突破了超声振动加工对临界速度的限制。然后,分析了该方法的分离原理,采用独立研制的超声椭圆振动铣削刀柄装置针对钛合金薄壁件进行了切削试验。试验结果显示,高速超声椭圆振动铣削相较于普通铣削,切削力降低20%~30%,且已加工表面让刀量降幅20%~30%,表面缺陷减少,表面粗糙度降低。

钛合金超声椭圆振动铣削参数对切削力的影响

钛合金航空薄壁结构件在铣削过程中受力形式复杂,切削力较大。超声椭圆振动切削的特点是切削刀具的刀尖按椭圆轨迹运动,进行高频间歇性切削,有助于降低切削力。铣削时改变切削参数将对切削力产生不同影响。采用自行研制的螺纹式椭圆激励式超声振动铣削刀柄装置,针对钛合金薄壁件进行实验,结果表明:相较于普通铣削,随着每齿进给量的增大,超声椭圆振动铣削均可减小钛合金薄壁件在铣削加工过程中的切削力,降幅可达35%以上。

纵向超声振动钻削CFRP/钛合金叠层材料的动态冲击效应分析

为了研究纵向超声振动钻削CFRP/钛合金叠层板的动态冲击效应,将钻头视为一端固定、一端自由的等直径弹性直杆,把刀具-工件系统简化为以超声振动为激励的基础振动系统,建立动力学模型,并通过钻削试验验证了模型的可靠性和实用性。研究结果表明,超声振动产生的动态冲击力幅值,取决于钻头的几何参数和悬伸长度、超声振动的振幅和频率,以及被加工材料的力学特性,与钻削用量(每转进给量和主轴转速)无关;动态冲击力幅值的大小与超声振动的振幅成线性关系,超声振动频率的影响较为微弱;动态冲击力幅值的大小与钻头直径近似为线性关系,与钻头的悬伸长度成非线性关系;超声振动的振幅增大,或钻头直径和悬伸长度增大,都会使动态冲击力幅值增加;加工中的实际动态冲击力的大小与被加工材料的弹性模量和刚性有关,弹性模量和刚性高时,实际动态冲击力也大。这种研究方法和结论对超声振动钻削冲击效应的定量分析和超声振动钻削技术的推广应用提供了参考。

钛合金腹板高速超声椭圆振动铣削力研究

高速超声椭圆振动切削是使切削刀具刀尖附加椭圆振动进行的超声频断续切削,突破了超声振动加工对临界速度的限制。采用自行研制的螺纹式椭圆激励式超声振动铣削刀柄装置对钛合金腹板进行铣削试验,结果表明:随着高速超声椭圆振动切削的速度增大,切削力增幅明显,且相比于普通铣削所受到的切削力约少20%。

钛合金超声振动辅助钻削有限元仿真中不同刀具几何的评价

针对钛合金(Ti6A14V)难加工材料采用普通麻花钻传统钻削过程中切削力过大及切削温度过高的问题,对传统钻削和超声振动辅助钻削钛合金进行了有限元仿真试验,分析了进给量、主轴转速等钻削参数对三种不同的点角钻头在钻削过程中产生的切削力、等效应力及温度的影响。结果表明:相比于传统钻削,超声振动辅助钻削明显降低钻削力、最高切削温度,分别降低了13-22%和7-15%,为钻头刀具几何形状、钻削参数和切削性能的优化提供依据。

超声振动辅助铣削钛合金铣削力信号及切屑特征研究

通过对刀具-工件的运动学分析,研究了超声振动辅助铣削过程中断续加工机理,建立了超声辅助铣削过程中刀具净切削时间模型,得到了加工参数和振动参数与刀具净切削时间之间的关系。针对超声加工过程中高频断续加工的特点,进行了超声振动辅助铣削和普通铣削钛合金加工试验,对超声振动铣削和普通铣削钛合金过程中的铣削力信号和切屑特征进行了详细的对比研究。试验结果表明:与普通铣削加工相比,超声振动铣削力信号和切屑形态具有独特特征。施加超声振动之后,超声铣削力信号幅值显著下降,超声铣削力信号由连续信号转变为离散的脉冲式力信号,铣削力信号的频谱特性发生明显变化;超声振动振幅对铣削力幅值具有显著影响。此外,相比普通铣削切屑,超声铣削切屑的尺寸和表面形貌均发生明显改善。