超聲振動(dòng)輔助銑削仿真及表面性質(zhì)研究.pdf

1、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展促使著新型材料領(lǐng)域的興起，新型材料在市場(chǎng)中所占的地位越來越突出。特別是航天、航海、電子、國(guó)防等現(xiàn)代工業(yè)部門對(duì)于具有高性能的新型材料更是迫切需求。這些新材料具有高的應(yīng)力應(yīng)變、高硬度、高脆性、耐磨耐腐蝕等特點(diǎn)，更能適應(yīng)現(xiàn)代尖端產(chǎn)品的性能。雖然這些材料有著良好的機(jī)械性能，卻給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了極大的挑戰(zhàn)。新的制造技術(shù)也在新型材料的驅(qū)動(dòng)下不斷涌現(xiàn)。超聲振動(dòng)輔助加工就是新型制造技術(shù)當(dāng)中的一個(gè)主要代表。
　　超聲振動(dòng)輔助加

2、工是將高頻率、小振幅的超聲簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相結(jié)合的一種特種加工技術(shù)。超聲振動(dòng)輔助加工按照振動(dòng)施加的方式可以劃分成單方向振動(dòng)輔助加工和正交式振動(dòng)輔助加工。通過施加超聲振動(dòng)，在加工的過程當(dāng)中改變了刀具和工件兩者之間的接觸方式，促使切削力和表面質(zhì)量均有一定程度的改善。切削過程中由于刀具在工件上進(jìn)行高頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，工件表面上會(huì)被加工出具有一定規(guī)律的表面微觀織構(gòu)，這些織構(gòu)隨著加工參數(shù)和振動(dòng)參數(shù)的不同會(huì)呈現(xiàn)出很大的差異，同時(shí)也會(huì)對(duì)表面的性

3、能產(chǎn)生很大的影響。本文利用有限元仿真和實(shí)驗(yàn)研究的方法分析了超聲振動(dòng)輔助銑削加工的過程以及切削表面形貌和性質(zhì)。
　　分析了超聲振動(dòng)輔助銑削加工的運(yùn)動(dòng)軌跡和受力情況。利用切削仿真軟件AdvantEdge對(duì)加工過程仿真進(jìn)行了具體的實(shí)現(xiàn)。包括加工參數(shù)的設(shè)置，材料本構(gòu)參數(shù)、失效參數(shù)以及刀具和切屑接觸模型的設(shè)置。將超聲振動(dòng)加工與傳統(tǒng)切削過程相對(duì)比，對(duì)比分析研究了切削加工中應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、切削力等參數(shù)。變幅桿是超聲振動(dòng)輔助加工過程中非常關(guān)鍵的

4、單元。為了保證其在使用過程中的穩(wěn)定性能，對(duì)變幅桿進(jìn)行了振型分析和掃頻分析。振型分析獲得變幅桿的不同階共振頻率和模態(tài)響應(yīng)。掃頻分析研究其在外加超聲振動(dòng)載荷下的位移變化情況，提取變幅桿的端面位移，最終求解出變幅桿的放大倍數(shù)。
　　對(duì)鋁合金2A12、45鋼、Ti-6Al-4V三種材料進(jìn)行超聲振動(dòng)輔助銑削實(shí)驗(yàn)。分析切削速率、每齒進(jìn)給量以及超聲振動(dòng)的幅度在加工過程中對(duì)切削力和表面質(zhì)量的影響規(guī)律。為了研究超聲振動(dòng)輔助銑削加工對(duì)切削表面形貌的影

5、響，通過使用超景深顯微鏡、掃描電鏡等設(shè)備對(duì)微觀表面形貌進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超聲振動(dòng)的施加可以使得表面上形成各種有規(guī)律的微觀織構(gòu)，這些表面織構(gòu)隨著參數(shù)的不同而表現(xiàn)出較大的差異。因此研究了切削速率、每齒進(jìn)給量、振幅對(duì)表面織構(gòu)的影響。
　　表面織構(gòu)是決定表面性質(zhì)的關(guān)鍵因素。超聲振動(dòng)輔助銑削加工出的表面具有各種明顯特征的微觀織構(gòu)。為了探究其對(duì)表面性質(zhì)的影響，以Ti-6Al-4V作為分析對(duì)象，探究超聲振動(dòng)輔助銑削加工的表面織構(gòu)對(duì)表面性質(zhì)的

6、影響。表面的親疏水性能、抗摩擦磨損性能是表面的重要性質(zhì)，在現(xiàn)代行業(yè)當(dāng)中尤為突出。因此重點(diǎn)分析了各種加工參數(shù)下的表面織構(gòu)的親疏水性質(zhì)和抗磨性能。進(jìn)行了接觸角實(shí)驗(yàn)和摩擦磨損實(shí)驗(yàn)。接觸角實(shí)驗(yàn)主要研究了水的接觸角，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)分為干摩擦和潤(rùn)滑脂摩擦兩種。同時(shí)，為了研究表面織構(gòu)與表面性質(zhì)的關(guān)系，分析了接觸角、摩擦系數(shù)等隨表面粗糙度的變化規(guī)律。表面減阻也是表面的一個(gè)重要性質(zhì)。通過簡(jiǎn)化處理建立表面的微觀形貌模型，對(duì)表面進(jìn)行了流場(chǎng)分析，研究不同表面形貌