不分离型超声椭圆振动切削试验研究

超声椭圆振动切削在分离切削区能够有效地降低切削力、抑制加工过程颤振、提高零件表面加工质量和延长刀具的使用寿命,为此已成功地应用于精密和超精密加工领域.为更充分发挥超声椭圆振动切削技术的优势,拓宽其应用领域,在深入分析椭圆振动切削过程和表面微观形貌形成机理的基础上,通过具体的切削试验验证超声椭圆振动切削在不分离区仍然具有降低切削力、抑制加工颤振、降低已加工表面粗糙度等优势特性.同时,不分离型超声椭圆振动切削的加工效率是分离型椭圆振动切削的2～3倍,进一步提高超声椭圆振动切削的加工效率.但是,这些特性在不分离切削区随着速度系数的增加而逐渐减弱,当速度系数大于3以后,这些切削优势特性基本消失.     

基于有限元的单激励超声椭圆振动切削装置特性研究

设计了一种具有复合梁变幅杆的单激励超声椭圆振动切削装置。基于有限元分析方法,对具有不同结构参数复合梁变幅杆的单激励超声椭圆振动切削装置进行了结构动力学分析,总结了单激励超声椭圆振动切削装置的频率变化规律、振幅变化规律、X、Y、Z向振幅分量变化规律等,得出了对该单激励超声椭圆振动切削装置的加工制作具有重要指导意义的曲线和参数,并使用阻抗分析仪、激光测振仪、示波器、数据处理系统对单激励超声椭圆振动切削装置样机进行了阻抗和振动特性测试。最后对该单激励超声椭圆振动切削装置的切削性能进行了普通切削和椭圆振动切削的对比实验,验证了有限元分析方法对该装置设计的指导意义和单激励超声椭圆振动切削装置的切削性能。     

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。     

超声椭圆振动切削轨迹倾斜角度及速比对工件表面微观形貌的影响

超声椭圆振动改变了切削加工的微观过程,对改善工件表面加工质量具有明显优势.在分析超声椭圆振动切削微观过程的基础上,对不同倾斜角度和切削速比下的超声椭圆振动切削轨迹进行数值仿真.结果 表明,倾斜角度从0°增至90°的过程中,工件表面振纹角度先增至45°,再逐渐减小;振纹高度从0.38μm增至1.33μm.随着切削速比的提...     

超声椭圆振动切削硬质合金脆性-延性转变临界条件研究

为了实现硬质合金的高效延性加工,联系硬脆材料表面生成裂纹的临界载荷与超声椭圆振动切削硬质合金的主切削力,建立超声椭圆振动切削硬质合金脆性-延性转变的临界切削深度模型,研究切削速度、刀具圆弧半径、椭圆振动频率、振幅、硬质合金的硬度、断裂韧性与临界切削深度的关系;通过仿切削刻划试验,验证了切削速度与硬质合金的硬度、断裂韧性对临界切削深度的影响规律;对比普通切削,超声椭圆振动切削有利于提高硬质合金的临界切削深度,在改善加工表面质量及精度的前提下,提高了加工效率。     

超声椭圆振动车削的切削特性

为了深入研究超声椭圆振动切削特性及其应用前景,通过建立超声椭圆振动切削模型,根据运动学方程,分析和推导出了切削占空比、振纹高度、振动频率、振幅之间的关系,揭示了超声椭圆振动车削表面粗糙度、加工精度、加工效率之间的相互关系。通过切削力和表面粗糙度试验对推导出来的结果进行了验证,试验结果表明有效减小切削力是超声椭圆振动切削加工应用的主要优势。     

高频超声椭圆振动精密切削

研制了一种新型的工作频率为147.5kHz的超声椭圆振动换能器,进行了高频椭圆车削硬铝(LY12)的试验。试验结果表明,在精密切削中,同普通切削相比较,高频椭圆超声振动切削对表面粗糙度具有负面影响,但具有降低切削力和提高加工精度的特点,而同低频(20.5kHz)椭圆振动切削相比较,在相同条件下,可采用较高的切削速度,从而提高了工作效率。     

椭圆振动切削的表面残余应力有限元模拟研究

基于ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)网格划分方法建立了椭圆振动切削有限元仿真模型,模拟了椭圆振动切削过程中切削力的变化规律,并将模拟获得的切削力平均值与相同工艺参数下Kim等人[1]所做的超声椭圆振动切削V型槽实验获得的切削力平均值比较,验证了有限元模型的正确性。利用建立的二维有限元模型模拟了椭圆振动切削和普通切削表面残余应力的分布情况,对比结果表明,采用椭圆振动切削的工件已加工表面在一定深度内形成了分布均匀的表面残余压应力,而普通切削情况下工件已加工表面并没有形成有效的残余压应力,从而预测了椭圆振动切削不仅能够降低切削力、延长刀具使用寿命,还对提高工件表面完整性、增强疲劳寿命和抗腐蚀能力等具有显著的作用。     

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。     

基于MQL的超声椭圆振动微切削Inconel718的机理研究

研究不同切削条件下的超声椭圆振动(Ultrasonic elliptical vibration,UEV)对Inconel718微切削性能的影响规律,讨论微量润滑(Minimum quantity lubrication,MQL)和UEV切削对加工性能的影响机理.针对微量润滑切削时的不同喷嘴角度,提出一种新的换热模型,利用软件对Inconel718微切削的切削力、切削温度进行了仿真研究,并通过试验对不同喷嘴角度下的切削温度的进行了对比,探讨不同喷嘴角度对UEV切削条件下加工性能的影响.研究结果表明,与常规切削相比,UEV切削可降低切削力、切削温度,超声椭圆振动微量润滑切(UEV+MQL)效果明显,喷嘴角度为0°条件下超声振动微切削Inconel718的切削温度降低效果最为明显.