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。     

椭圆轨迹对超声波椭圆振动切削的影响

运用有限元仿真技术,从影响椭圆轨迹的参数入手,模拟了不同椭圆轨迹下TC4钛合金超声波椭圆振动切削过程,得到了不同椭圆轨迹下切削力和切削温度的变化曲线。经过对比分析,结果表明TC4钛合金超声波椭圆振动切削切削力、切削温度随相位差增大先减小后增大,切削力随切削方向、切屑流出方向振幅和振动频率的增大而减小,而切削温度随切削方向振幅增大而增大,随切屑流出方向振幅、振动频率增大而减小。     

超声振动钻削切屑形成机理及实验研究

针对难加工材料钻孔不易断屑、加工难度高等问题,采用超声振动技术进行加工.对振动钻削的切屑形成机理进行分析,建立了切削刃的运动轨迹方程,推导出了不同相位差下的切削刃运动轨迹和切屑厚度方程,研究了切削厚度变化情况和断屑特性,得到了振动钻削中的完全几何断屑的条件.最后,通过201不锈钢钻削实验,对得出的切屑进行对比分析,验证了断屑条件,进而实现了对难加工材料钻孔切屑的有效控制.     

钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削切屑特征和刀具磨损研究

难加工材料钛合金在采用传统铣削方式时,随着切削速度的增加,切削力和切削温度都迅速增加,使得切削条件恶化并加速刀具磨损,从而导致刀具过早失效。将超声椭圆振动加工技术引入到高速铣削中,进行了钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削试验。从切屑特征以及刀具后刀面磨损两个方面研究了高速超声椭圆振动铣削参数匹配对钛合金加工的影响。首先基于高速超声椭圆振动铣削过程中刀具-工件的运动学特点推导出高速超声椭圆振动铣削加工参数与振动参数间的匹配关系,然后利用本实验室自行研制的超声椭圆振动铣削装置进行了不同参数匹配关系下的验证性切削试验。试验结果表明：合理的参数匹配使得超声椭圆振动铣削在高速条件下依然能够实现分离型断续切削加工。相比普通铣削加工,分离型的高速超声椭圆振动铣削能够获得更加微细的切屑,切削热能够被及时地带走;良好的切削条件使得刀具的后刀面磨损均匀而缓慢,从而延长刀具的使用寿命;高速超声椭圆振动铣削能够有效地提高生产效率。     

1981年日本在切削加工中研究的主要课题

<正> 1981年日本在切削加工方面作了很多研究,主要有如下课题: ①对刀具损坏的研究比较活跃,对难加工材料,复合材料。陶瓷等新型工艺材料的加工性能和加工方法的研究有所增加, ②积极研究钻头、立铣刀、拉刀等具有复杂切削刃的刀具的切削机理。研究涉及的方面很广,如刀瘤和切屑生成机理、切断角解析、三维切削力学、切削力的动态成分、应变速度和温度对切削力和变形应力的影响、铝单结晶的切削、断续切削中刀具前面的应力、钻头、球形立铣刀、铣刀、针状铣刀、拉刀等的切削机理、车削加工面的生成机理等。③在可加工性方面,对硅铝复合材料,GFRP,烧结钢、淬火工具钢等进行了研究。     

金刚石刀具振动切削颗粒增强金属基复合材料的切削机理研究

金属基复合材料(MMCs)具有强度高、密度小的特点,可广泛应用于航空航天和汽车领域,但是这种材料的难加工特性限制了其进一步推广。采用超声振动切削可以降低切削力和切削热效应,对于难加工材料和难加工零件的精密加工具有特效[1]。本文采用金刚石刀具进行切削试验,对超声振动切削金属基复合材料的切屑形态、切屑变形系数和剪切角、切削表面微观形貌与粗糙度、加工表面残余应力及刀具磨损等几方面进行了深入的研究,并与非振动切削方法进行了对比。     

基于Deform 2D的椭圆振动切削仿真研究

鉴于椭圆振动切削(Elliptical Vibration Cutting,EVC)方法在高质高效加工黑色金属、硬质合金和硬脆材料等加工材料方面存在巨大优势,文章将基于Deform 2D有限元软件对EVC及传统切削过程中切削力、应力及应变等关键特征进行对比分析研究,仿真结果表明:两者最大切削力基本相同,但EVC的平均切削力要远小于后者,且其等效应力高度集中于刀具-切屑的接触区域,形成切屑更薄且具有很好的连续性,对于延长刀具使用寿命和实现脆性材料的延性切削具有重要的研究价值和应用前景。     

不锈钢专用硬质合金立铣刀设计及切削性能研究

不锈钢被广泛应用于机械零件中,因其塑性和韧性大的特点,在切削加工过程中容易出现切削硬化、切削温度高、切削阻力大、切屑不易折断等特点,属于难加工材料。普通硬质合金立铣刀加工此类材料时,刀具会出现剧烈磨损,切屑与刀具容易产生粘连,严重影响刀具寿命。本文对不锈钢的加工特点和加工此类材料的刀具进行研究,介绍了加工不锈钢专用立铣刀的设计要点,并通过试验验证了此类刀具的切削性能。     

高比重钨合金超声椭圆振动切削去除机理研究

高比重钨合金作为一种难加工金属材料,其应用范围一直受限于其超精密加工水平。超声椭圆振动切削技术在高比重钨合金超精密切削加工中极具应用前景,通过切削去除机理研究,可推动其在高比重钨合金超精密切削领域中的应用。因此,首先对超声椭圆振动切削轨迹进行分析,结合瞬时剪切角变化,建立了超声椭圆振动切削弯矩及切削力模型,并基于上述模型,通过与常规车削相对比,对超声椭圆振动切削特性进行分析。然后,采用单晶金刚石刀具,进行高比重钨合金超声椭圆振动划擦实验和切削实验,并通过SEM、白光共聚焦显微镜、X射线残余应力分析仪等设备对材料塑脆特性、切屑厚度、切削表面残余应力及切削表面加工损伤等进行检测与分析。理论分析与切削实验表明,与常规车削相比,超声椭圆振动切削下材料去除尺度由微米量级减小为纳米量级,高比重钨合金表现出更强的塑性;随着剪切角变化,超声椭圆振动切削在材料去除过程中,会产生更大的向下的分力,在切削表面留下更大的残余应力;超声椭圆振动切削下,切削方向与材料断裂方向更为一致,结合锋利的单晶金刚石刀具,有利于实现高比重钨合金超精密切削。     

材料类型对切削加工表面残余应力的影响研究

为了研究不同材料对切削加工表面残余应力的影响规律,利用有限元模拟技术,设计了钛合金、铝合金、不锈钢及镍合金的切削加工仿真试验。结果发现:钛合金的切削力呈高幅值波动,而镍合金的切削力最大,但两者的切削温度接近,且最大,但两零件表层约0.1mm内,由表至里的残余应力表现为拉-压应力,且大小相当;铝合金的切削力和温度最小,表层主要呈现为残余压应力,但较小;不锈钢表层则主要表现为残余拉应力,且较大,达到350MPa。