超聲振動(dòng)的分離型振動(dòng)切削試驗(yàn)研究

超聲振動(dòng)的分離型振動(dòng)切削試驗(yàn)研究

1現(xiàn)代制造技術(shù)的環(huán)保意義傳統(tǒng)的金屬切割加工通常使用冷萃取溶液來(lái)降低切割溫度和油壓區(qū)，從而降低表面粗糙度值，提高刀的耐用性。冷卻液的使用增加了成本,更嚴(yán)重的是冷卻液處理不當(dāng)會(huì)造成環(huán)境污染?，F(xiàn)代制造技術(shù)不但要求節(jié)省資源,而且更重要的是保護(hù)環(huán)境,即實(shí)現(xiàn)綠色制造。本文研究利用超聲振動(dòng)切削過(guò)程中的室溫化效果,采用超聲激振刀具干式鏜孔,試驗(yàn)了脈沖力作用的分離型振動(dòng)切削機(jī)理的切削效果,研究了工藝規(guī)律,其結(jié)果表明,超聲振動(dòng)切削是干式切削的有效途徑。2超聲法切削機(jī)理試驗(yàn)將超聲波能量通過(guò)聲學(xué)系統(tǒng)施加于鏜刀,使其以一定的頻率和振幅作圓周方向的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。聲學(xué)系統(tǒng)安裝在C618K車(chē)床上構(gòu)成振動(dòng)加工系統(tǒng)。由于刀具以v=ω·a·cosωt(ω=2πf)速度振動(dòng),形成了脈沖力作用的分離型振動(dòng)切削機(jī)理,消除了普通切削過(guò)程中的彈性擠壓振動(dòng),使切削過(guò)程變?yōu)槊}沖狀的有規(guī)律的斷續(xù)切削,切削力降為普通切削的1/3～1/10,切削溫度室溫化,且系統(tǒng)穩(wěn)定,剛性化加強(qiáng)。試驗(yàn)用超聲發(fā)生器輸出功率為0～500W,頻率為16～23kHz,具有頻率自動(dòng)跟蹤性能。刀具:鏜桿〉12×152mm;刀具材料:YM052;刀具角度:前角:γ0=0°,主偏角kr=90°,k′r=3°,后角α0=8°。試驗(yàn)材料:45鋼(180～220HB),45鋼(40～45HRC)。系統(tǒng)振動(dòng)狀態(tài):振動(dòng)頻率f=20.8kHz,振幅A=0.012mm,水滴霧化。冷卻條件:干式切削。3切割過(guò)程的獨(dú)特性3.1圈與圈間間距大、切屑調(diào)整分析超聲振動(dòng)干式鏜削試驗(yàn)材料得到薄而長(zhǎng)的切屑,圈與圈之間間距特別大,薄厚均勻,呈彈簧狀。切屑與刀具前刀面的接觸面十分光亮平滑。切屑有韌性,不易折斷,測(cè)定收縮系數(shù)ζ≈1。3.2表面加工超聲振動(dòng)干式鏜孔得到的表面類(lèi)似于超精研表面,其上布滿(mǎn)均勻的網(wǎng)狀格紋,對(duì)著字母,字母在側(cè)壁清晰可見(jiàn)。3.3in轉(zhuǎn)速下的切削在鏜削試驗(yàn)過(guò)程中,刀桿懸伸較長(zhǎng),剛性差,但在主軸292r/min轉(zhuǎn)速下也能穩(wěn)定鏜孔。整個(gè)切削過(guò)程中可以聽(tīng)到“咯、咯”聲音,顯示切削很輕松。一旦關(guān)掉超聲發(fā)生器,即使在轉(zhuǎn)速很低的情況下鏜削淬硬材料刀刃也會(huì)立刻崩掉,可見(jiàn)超聲振動(dòng)鏜孔可使切削過(guò)程穩(wěn)定。3.4骨腫瘤和鱗狀骨在試驗(yàn)條件下,切削速度在7～45m/min范圍內(nèi),始終沒(méi)有發(fā)現(xiàn)積屑瘤,刀刃十分光滑。加工表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鱗刺。3.5超聲振動(dòng)銑孔切削熱在試驗(yàn)過(guò)程中切屑沒(méi)有明顯溫升,用手拿不感覺(jué)灼手?？梢?jiàn),超聲振動(dòng)鏜孔切削熱很小。除切削45鋼(40～45HRC)刀具略有磨損外,加工45鋼(180～220HB),刀具幾乎看不出明顯磨損。4超聲波振動(dòng)干燥劑4.1切削速度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)45鋼(180～220HB)、45鋼(40～45HRC)進(jìn)行鏜孔。試件外徑〉22×100mm,鏜孔〉14×100mm,在切削速度v≤25m/min,進(jìn)給量t=0.1mm/r,單邊吃刀深度ap=0.05mm的條件下。3個(gè)試件為一組,取其測(cè)量平均值,結(jié)果如表1。試驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明,超聲激振刀具干式振動(dòng)鏜削可達(dá)到或超過(guò)磨削效果,與濕式振動(dòng)鏜削效果基本相同。4.2表面粗糙度在上述試驗(yàn)中,用表面輪廓儀測(cè)量試件表面粗糙度,其結(jié)果見(jiàn)表2。4.3表面冷硬對(duì)上述試件加工表面進(jìn)行顯微硬度檢測(cè),其硬化程度小于40%。超聲振動(dòng)干式鏜孔切削區(qū)變形與超聲振動(dòng)濕式鏜孔基本相同。5超聲波振動(dòng)干燥劑的有關(guān)規(guī)律5.1表面粗糙度的相關(guān)規(guī)律5.1.1切削速度圖1示出了超聲振動(dòng)干式鏜削后Ra與切削速度v之間變化曲線。它表明,當(dāng)v小于某一切削速度vc時(shí),表面粗糙度幾乎與切削速度無(wú)關(guān)。當(dāng)切削速度v≥vc時(shí),兩者的關(guān)系則與普通鏜削沒(méi)有區(qū)別。因此超聲振動(dòng)干式鏜削時(shí),必須使切削速度v<vc(vc=A·ω),且只有當(dāng)v≤1/3vc時(shí)才會(huì)得到顯著的振動(dòng)鏜削效果。5.1.2修光刀對(duì)織物表面粗糙度的影響圖2示出了在試驗(yàn)條件下表面粗糙度與進(jìn)給量的變化曲線。在超聲波振動(dòng)干式鏜削過(guò)程中,在系統(tǒng)剛性較好且不產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件下,如果刀具不帶有修光刃,表面粗糙度值則隨進(jìn)給量加大而略有增加。這是由于幾何因素作用的結(jié)果。在系統(tǒng)剛性足夠的條件下刀具可帶有修光刃,在保證表面粗糙度的條件下加大進(jìn)給量,以提高生產(chǎn)效率。5.1.3表面粗糙度與刀深的關(guān)系圖3示出了Ra與吃刀深度ap之間的變化曲線。曲線表明,隨吃刀深度增加,超聲振動(dòng)干式切削時(shí)的表面粗糙度變化不大,與超聲振動(dòng)濕式切削規(guī)5.2超聲振動(dòng)干法銑削的精度零件加工后的圓度是衡量該種加工方法加工精度的重要指標(biāo)之一。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為這項(xiàng)指標(biāo)在很大程度上取決于機(jī)床的精度,然而超聲振動(dòng)干式鏜削在普通設(shè)備上也能得到形狀精度較高的零件。在前面所述的條件下進(jìn)行了與圓度相關(guān)的試驗(yàn)。5.2.1高溫干法銑削加工圓度圖4示出了切削速度對(duì)圓度影響的變化曲線。它表明,超聲振動(dòng)干式鏜削在切削速度v≤1/3vc時(shí)其加工圓度精度很高,這是因?yàn)槌曊駝?dòng)鏜削時(shí)脈沖切削力作用使平均切削力大為降低,極大地增加了工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性,從而使加工圓度達(dá)到很高的精度。5.2.2進(jìn)給量對(duì)圓度的影響圖5示出了進(jìn)給量對(duì)加工圓度的影響曲線。它表明,超聲振動(dòng)鏜削時(shí)進(jìn)給量對(duì)加工圓度影響不大,可以采用大進(jìn)給量以提高生產(chǎn)率。5.2.3吃刀深度對(duì)切削圓度的影響圖6是加工圓度與吃刀深度的關(guān)系曲線。在超聲發(fā)生器有足夠功率保證切削刃有規(guī)律振動(dòng)條件下,吃刀深度幾乎對(duì)加工圓度無(wú)影響。但隨著吃刀深度的繼續(xù)增加,會(huì)影響刀具切削刃振動(dòng)特性,使加工圓度下降。選取吃刀深度應(yīng)視超聲系統(tǒng)功率而6超聲振動(dòng)銑削加工方法的優(yōu)化(1)將超聲波能量施于刀具,使其產(chǎn)生一定頻率和振幅的超聲頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng),大大強(qiáng)化了鏜削過(guò)程,切削效果具有相當(dāng)?shù)莫?dú)到之處,產(chǎn)生的剛性化效果使鏜削過(guò)程穩(wěn)定。在鏜削過(guò)程中,由于室溫化切削效果,冷卻液對(duì)切削過(guò)程影響不大。試驗(yàn)證明,超聲振動(dòng)鏜削加工方法無(wú)論是加工精度