鈦合金軸向超聲振動車削數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、隨著全球工業(yè)技術快速發(fā)展,鈦合金等高性能材料應用日益增多,這類材料具有優(yōu)良的力學性能和抗腐蝕性能,但其切削性能令人失望,傳統(tǒng)切削無法滿足加工質(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,基于超聲振動切削技術,文章開展軸向超聲振動車削機理分析、數(shù)值模擬與實驗研究。
　　軸向超聲振動車削是在傳統(tǒng)車削基礎上利用超聲振動裝置使刀具沿著工件軸向做簡諧運動,從而改變刀具與工件之間原有的運動狀態(tài)。通過了解國內(nèi)外一

2、維超聲振動車削研究現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn),大多數(shù)學者研究的超聲振動車削都是基于刀具沿著切削速度方向做簡諧運動,這一過程中刀具對工件持續(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摩擦易造成崩刃,嚴重影響切削加工結果。為了避免這一現(xiàn)象發(fā)生,文章基于超聲振動切削理論、采用數(shù)值模擬和對比實驗等方法對軸向超聲振動車削工藝過程進行深入研究,主要內(nèi)容如下:
　　首先,分析軸向超聲振動車削過程中刀具與工件間的運動關系,討論不同切削參數(shù)對切削力、切屑形成的

3、影響,理論分析得出當兩倍振幅值大于等于進給速度(μm·r-1)即2a≥S,并且相位差φ≥S·π/2a時軸向超聲振動車削能夠出現(xiàn)斷續(xù)切削現(xiàn)象。此外,分析軸向超聲振動車削中刀具在進給方向與切削速度方向運動特點,建立了加工表面形貌三維模型。
　　其次,基于數(shù)值模擬的關鍵技術,利用Abaqus有限元軟件建立傳統(tǒng)切削與軸向超聲振動車削二維切削仿真模型。通過軸向超聲振動車削數(shù)值模擬實現(xiàn)了斷續(xù)切削,這與理論分析結果保持一致。此外,運用數(shù)值模擬預

4、測了兩種不同切削方式下切削區(qū)域應力、應變場分布,切削力、切削溫度隨切削參數(shù)的變化趨勢。
　　最后,安排傳統(tǒng)車削與軸向超聲振動車削對比實驗,借助實驗數(shù)據(jù)與模擬結果對兩種車削方式下的切削力深入分析研究,得出軸向超聲振動車削的斷續(xù)切削過程能夠降低了切削力。對比傳統(tǒng)車削表面粗糙度結果認為軸向超聲振動車削能夠降低粗糙度值,并觀測到與三維模型相似的表面微觀結構。
　　本文通過軸向超聲振動車削過程分析,結合數(shù)值模擬與對比實驗研究,證實了軸