鈦合金徑向超聲振動(dòng)銑削機(jī)理及表面質(zhì)量研究.pdf

1、鈦合金具有較高的比強(qiáng)度,優(yōu)良的抗疲勞性和耐腐蝕性,被廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)中。然而,鈦合金材料熱導(dǎo)差、彈性模量小、化學(xué)活性高,導(dǎo)致在加工過(guò)程中存在切削溫度高、粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重、機(jī)床容易發(fā)生顫振等問(wèn)題,使其成為一種典型的難加工材料。超聲振動(dòng)輔助切削將超聲波信號(hào)引入到普通切削中,使刀具和工件發(fā)生間斷性接觸,從而達(dá)到減小切削力、切削熱,提高加工質(zhì)量和效率的目的。但由于銑削過(guò)程的復(fù)雜性,超聲振動(dòng)輔助銑削的研究相對(duì)較少,而且大多集中在軸向振動(dòng)方面。為

2、了探索徑向超聲振動(dòng)銑削在鈦合金加工中的可行性,本研究利用現(xiàn)有的設(shè)備,設(shè)計(jì)和組建了以工件為振動(dòng)對(duì)象的鈦合金徑向超聲振動(dòng)銑削實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)Ti-6Al-4V合金徑向超聲振動(dòng)銑削機(jī)理和表面質(zhì)量進(jìn)行了研究。
　　首先,通過(guò)理論計(jì)算和模態(tài)分析,確定了工件尺寸和共振頻率。通過(guò)刀尖軌跡仿真,從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度對(duì)振動(dòng)銑削過(guò)程中刀-屑周期性分離的必要條件進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,切削速度小于振動(dòng)速度的最大值,并且每齒進(jìn)給量小于振幅的2倍是產(chǎn)生刀-屑分離的必要條

3、件。
　　其次,通過(guò)切削速度、進(jìn)給量、切削深度、振動(dòng)幅值的單因素實(shí)驗(yàn),研究了普通銑削和徑向超聲振動(dòng)銑削兩種加工方法下切削力的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明,徑向超聲振動(dòng)銑削可以在一定范圍內(nèi)降低切削力的平均值,減小波動(dòng),增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。在刀-屑分離的條件之內(nèi),隨著切削速度、進(jìn)給量、切削深度等的增加,徑向超聲振動(dòng)銑削的切削力增加相對(duì)緩慢,切削力改善明顯;在刀-屑分離條件之外,仍然有小幅度的改善,但是改善程度較弱。
　　再次,研究了徑向超

4、聲振動(dòng)銑削條件下,工件表面粗糙度的變化規(guī)律。通過(guò)切削實(shí)驗(yàn),分析了表面粗糙度Ra隨切削速度、進(jìn)給量、切削深度和振動(dòng)幅值的變化關(guān)系,結(jié)果表明,徑向超聲振動(dòng)銑削對(duì)因切削參數(shù)增加引起的工件表面粗糙度Ra的增加有改善作用,對(duì)進(jìn)給量增加引起的Ra的增加改善最為明顯。
　　最后,通過(guò)掃描電鏡觀察了工件和切屑微觀形貌的變化。SEM分析表明,徑向超聲振動(dòng)銑削對(duì)表面粗糙度的改善主要表現(xiàn)在劃痕溝槽變淺且更加均勻、對(duì)材料的去除更加徹底。通過(guò)對(duì)切屑宏觀形貌