鈦合金軸向超聲振動(dòng)車削數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著全球工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展,鈦合金等高性能材料應(yīng)用日益增多,這類材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗腐蝕性能,但其切削性能令人失望,傳統(tǒng)切削無(wú)法滿足加工質(zhì)量要求,而且不能保證較低的加工成本。為滿足難加工材料高效精密切削的迫切需求,基于超聲振動(dòng)切削技術(shù),文章開(kāi)展軸向超聲振動(dòng)車削機(jī)理分析、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究。
　　軸向超聲振動(dòng)車削是在傳統(tǒng)車削基礎(chǔ)上利用超聲振動(dòng)裝置使刀具沿著工件軸向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),從而改變刀具與工件之間原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)了解國(guó)內(nèi)外一

2、維超聲振動(dòng)車削研究現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn),大多數(shù)學(xué)者研究的超聲振動(dòng)車削都是基于刀具沿著切削速度方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),這一過(guò)程中刀具對(duì)工件持續(xù)高頻沖擊以及第三變形區(qū)內(nèi)的后刀面與已加工表面往復(fù)摩擦易造成崩刃,嚴(yán)重影響切削加工結(jié)果。為了避免這一現(xiàn)象發(fā)生,文章基于超聲振動(dòng)切削理論、采用數(shù)值模擬和對(duì)比實(shí)驗(yàn)等方法對(duì)軸向超聲振動(dòng)車削工藝過(guò)程進(jìn)行深入研究,主要內(nèi)容如下:
　　首先,分析軸向超聲振動(dòng)車削過(guò)程中刀具與工件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,討論不同切削參數(shù)對(duì)切削力、切屑形成的

3、影響,理論分析得出當(dāng)兩倍振幅值大于等于進(jìn)給速度(μm·r-1)即2a≥S,并且相位差φ≥S·π/2a時(shí)軸向超聲振動(dòng)車削能夠出現(xiàn)斷續(xù)切削現(xiàn)象。此外,分析軸向超聲振動(dòng)車削中刀具在進(jìn)給方向與切削速度方向運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),建立了加工表面形貌三維模型。
　　其次,基于數(shù)值模擬的關(guān)鍵技術(shù),利用Abaqus有限元軟件建立傳統(tǒng)切削與軸向超聲振動(dòng)車削二維切削仿真模型。通過(guò)軸向超聲振動(dòng)車削數(shù)值模擬實(shí)現(xiàn)了斷續(xù)切削,這與理論分析結(jié)果保持一致。此外,運(yùn)用數(shù)值模擬預(yù)

4、測(cè)了兩種不同切削方式下切削區(qū)域應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)分布,切削力、切削溫度隨切削參數(shù)的變化趨勢(shì)。
　　最后,安排傳統(tǒng)車削與軸向超聲振動(dòng)車削對(duì)比實(shí)驗(yàn),借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果對(duì)兩種車削方式下的切削力深入分析研究,得出軸向超聲振動(dòng)車削的斷續(xù)切削過(guò)程能夠降低了切削力。對(duì)比傳統(tǒng)車削表面粗糙度結(jié)果認(rèn)為軸向超聲振動(dòng)車削能夠降低粗糙度值,并觀測(cè)到與三維模型相似的表面微觀結(jié)構(gòu)。
　　本文通過(guò)軸向超聲振動(dòng)車削過(guò)程分析,結(jié)合數(shù)值模擬與對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究,證實(shí)了軸