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。     

轴向超声振动车削316L不锈钢试验研究

对316L不锈钢进行轴向超声振动车削和普通车削单因素对比试验,研究超声振幅和加工工艺参数（切削速度、进给量）对切削力和表面粗糙度的影响规律。试验结果表明：轴向超声振动车削能够有效降低切削力、表面粗糙度和表面轮廓高度;与普通车削相比,采用轴向超声振动车削加工方式,超声振幅越小,表面粗糙度的改善效果越明显;当进给量由5 μm/r增加到25 μm/r,轴向超声振动车削的主切削力降低了17%~21%,表面粗糙度降低了21%~28%;随着切削速度的增大,轴向超声振动车削的表面粗糙度和切削力先下降后上升,存在最佳切削速度范围,表面粗糙度最多可降低29.9%,切削力最多可降低30.1%。     

一种用于精密振动切削的超声振子的设计与实验研究

精密超声振动切削是一种特种加工方法,对这种切削加工方法的研究工作在国内正处于快速发展阶段,为了能解决其中振动产生的问题并实现精密加工的要求,研制了用于精密数控车床上的超声振子,其中换能器采用压电夹心式结构,变幅杆采用复合式结构,其功能是产生满足切削加工要求的超声振动,并通过仿真与实验的方法验证了设计的变幅杆的性能满足切削加工的要求.最后,进行了精密切削实验,并进行了加入超声振动后与不加振动的车削工件表面粗糙度值的研究,得出超声车削出的工件表面质量优于普通车削.     

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f_r=0.15 mm/r、n=400 r/min、A=2μm、a_p=0.2 mm。采用二维超声振动车削的加...     

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。      

薄壁件射流镜像加工变形补偿研究

低刚度薄壁件在切削加工过程中因切削力而容易产生切削变形和切削振动等尺寸误差,文章对薄壁件在加工过程中受到的力进行分析,并针对薄壁件在切削过程中因受切削力作用而产生尺寸误差的现象,提出一种应用水射流镜像加工薄壁件的方法,以此减小薄壁件的尺寸误差。最后,通过实验验证了水射流镜像加工技术可有效的提高薄壁件的加工精度。     

复杂薄壁零件数控加工变形误差控制补偿技术研究

高性能航空发动机整体叶盘、大小叶片转子、离心叶轮、叶片等零件广泛采用钛合金薄壁结构。加工过程中的切削力、残余应力将产生零件加工变形及加工误差。本文重点讨论了薄壁零件加工过程中的切削力建模和工件加工表层残余应力的分布规律，提出了对叶盘零件加工变形误差的补偿方案。通过建立精确的切削力、残余应力预报模型，对切削加工过程进行力学仿真，优化切削参数、补偿刀位轨迹，进而实现薄壁结构叶盘零件的精密数控加工。     

薄壁铝合金高速铣削工艺寻优及模拟仿真

本文详细讨论了薄壁零件的加工技术.首先,以CAXA软件为技术平台,自动生成零件的刀具路径,并进行了模拟仿真加工;针对薄壁零件刚性差、强度弱、加工工艺性差、易发生加工变形和切削振动等情况,决定采用高速加工技术.通过对机床、刀具、工件以及切削参数等进行全面分析,采用了刚度大的高速切削机床,并选择了合适的切削刀具.通过改变工件装夹方式,优化编程策略和合理选用切削用量,实现了薄壁零件的高速干式切削.     

基于ABAQUS的薄壁圆筒零件车削加工变形补偿计算

利用有限元技术提出了薄壁零件车削加工变形补偿量计算的新思路:建立了薄壁圆筒零件车削加工的三维有限元模型,结合切削力计算公式、测量点的变形数据,借助ABAQUS二次开发技术(PYTHON语言)计算刀具补偿量.首先试验加工零件,通过记录零件加工前后尺寸,可以计算出变形量,然后建立参数化有限元模型,利用ABAQUS多步计算出加工过程中刀具受力点的支反力,通过数值方法(如最小二乘法、线性回归法)归纳出切削力计算公式,最后利用Abaqus软件的数据输入输出接口,修改工件车削加工的输入参数,通过多步循环施加栽荷,计算工件的弹性变形和刀具的实际吃刀深度,即可确定刀具轨迹.试验表明:所得计算结果可以直接应用于薄壁圆筒零件加工变形补偿,实现了刀具轨迹和切削参数的优化.     

薄壁零件切削参数优化系统研究

针对薄壁零件自身强度低、加工易变形的问题,通过优化调整切削参数的大小,进而调整动态切削力大小和控制切削状态,使因切削力影响造成薄壁零件的加工变形量能满足公差要求,且使加工状态始终处于稳定,降低切削震动造成的变形,从而实现薄壁零件的高精、高速、高效加工.     

薄壁零件绿色加工技术的研究

详细讨论了薄壁零件的绿色加工技术.针对薄壁零件刚性差、加工工艺性差、易发生加工变形和切削振动等情况,采用了高速加工技术,改变了工件的装夹方式,优化了编程策略,选择了合适的切削刀具,采用了最佳的切削工艺,实现了薄壁零件的高速切削.这种加工技术生产效率高,加工表面质量好,环境污染小,符合现代绿色加工的发展趋势.     

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。     

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。     

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。      

切削法制备超细晶材料研究进展与展望

综述了切削法制备超细晶材料时加工参数和工艺条件对晶粒细化的影响,分析了切削法制备超细晶材料的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性等,探讨了超声振动复合切削法制备超细晶材料的可能性。在超声振动加工中,材料受低应力高速、高频撞击的影响,会发生严重的塑性变形,表面大尺寸的晶粒得到细化,同时超声振动还可以在材料表面形成表面微结构,进一步改善材料性能。因而提出将切削法和超声振动相复合,高效制备具有功能微结构的超细晶材料,为微型零件超细晶材料制备提供新的工艺选择以及理论和技术支撑。     

Feasibility study of the rotary ultrasonic elliptical machining of carbon fiber reinforced plastics (CFRP)

Carbon fiber reinforced plastics (CFRP) are used for various aircraft structural components because of their superior mechanical and physical properties such as high specific strength, high specific stiffness, etc. However, when CFRP are machined, rapid tool wear and delamination are troublesome. Therefore, cost effective and excellent quality machining of CFRP remains a challenge. In this paper, the rotary ultrasonic elliptical machining (RUEM) using core drill is proposed for drilling of holes on CFRP panels. This method combines advantages of core-drill and elliptical tool vibration towards achieving better quality, delamination free holes. The cutting force model and chip-removal phenomenon in ultrasonic elliptical vibration cutting are introduced and analyzed. The feasibility to machine CFRP for RUEM is verified experimentally. The results demonstrate that compared to conventional drilling (CD), the chip-removal rate has been improved, tool wear is reduced, precision and surface quality around holes is enhanced, delamination at hole exits has been prevented and significant reduction in cutting force has been achieved.     

钛合金轴向超声振动铣削切削力仿真研究

针对钛合金难加工问题,将超声振动引入到对钛合金的铣削加工中,实现刀具、工件周期性接触分离,从而降低切削力、改善加工质量。以TC4为研究对象,以切削力为研究切入点,通过ABAQUS建立三维铣削仿真模型。对比分析超声铣削和普通铣削在切削力曲线特征以及数值大小上的差别,并通过观察切屑特征分析切削力的波动及稳定性。结果表明:轴向振动铣削有利于降低铣削过程中的切削力,提高切削稳定性。     

网格属性对航空薄壁圆筒车削仿真过程的影响

为了探索单元类型以及网格划分方式对航空薄壁圆筒车削仿真过程的影响,利用Abaqus软件和AdvantEdge软件对薄三维模型以及薄壁圆筒模型的车削过程进行了对比分析,同时以主切削力和切屑形态为指标对切削仿真质量进行了评价。结果表明:在保证薄三维切削仿真精度的前提下,六面体网格可以极大地节省计算时间,更好地反映切削过程中的切屑形态和已加工表面质量等物理量的变化;航空薄壁圆筒车削仿真中采用扫略网格画法可以在一定程度上提高计算效率和工件表面质量。      

超声加工技术研究进展

超声加工技术依靠瞬时高频振动撞击对工件断续加工,具有极强切削能力的同时,具有较小的宏观切削力,主要用于硬脆材料的精密加工,能提高加工精度和表面质量。首先,阐明了超声加工技术的基本原理及其基本应用范围。其次,综述了超声辅助切削加工技术的研究进展,着重论述了超声辅助铣削净切削时间模型的建立以及模型正确性验证,总结了加工参数对刀具运动轨迹、工件表面质量的影响,阐明了椭圆振动切削能有效抑制切削颤振带来不利影响的原因;探讨了超声辅助磨削技术在加工非金属和金属材料时,对表面质量以及工件表面温度分布的影响;综述了超声辅助钻削技术的切削力和进给速度与普通钻削参数的比较。再者,介绍了超声波加工技术的新发展方向,包括三维椭圆超声振动切削技术、超声ELID复合磨削技术、超声EDM复合加工技术、超声辅助抛光的工作原理及最新研究趋势和能实现的试验效果。最后,总结了目前对超声加工技术及超声辅助或复合技术的研究。     

Ultrasonic elliptical vibration transducer driven by single actuator and its application in precision cutting

The ultrasonic elliptical vibration cutting has been successfully applied to precision cutting due to its superior performances, such as low cutting force, high quality surface finish and long tool life. This paper presented an asymmetrical structural model of the ultrasonic elliptical vibration transducer with only the longitudinal excitation. Based on the modal and static analysis with finite element method, various parameters of the model were modified to meet the needs of the vibration modality and the inherent frequency. A cutting system of the ultrasonic elliptical vibration driven by single longitudinal actuator was developed and the effect of the transducer amplitude and cutting depth on the cutting force was studied in detail. A part with surface roughness of R_a 0.08 μm was achieved. The results showed that the ultrasonic elliptical vibration transducer can be designed rationally with finite element method and single driven ultrasonic elliptical vibration machining can be used in precision cutting.