鈦合金徑向超聲振動銑削機理及表面質量研究.pdf

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

2、了探索徑向超聲振動銑削在鈦合金加工中的可行性,本研究利用現(xiàn)有的設備,設計和組建了以工件為振動對象的鈦合金徑向超聲振動銑削實驗平臺,對Ti-6Al-4V合金徑向超聲振動銑削機理和表面質量進行了研究。
　　首先,通過理論計算和模態(tài)分析,確定了工件尺寸和共振頻率。通過刀尖軌跡仿真,從運動學角度對振動銑削過程中刀-屑周期性分離的必要條件進行了研究。結果表明,切削速度小于振動速度的最大值,并且每齒進給量小于振幅的2倍是產生刀-屑分離的必要條

3、件。
　　其次,通過切削速度、進給量、切削深度、振動幅值的單因素實驗,研究了普通銑削和徑向超聲振動銑削兩種加工方法下切削力的變化規(guī)律。研究結果表明,徑向超聲振動銑削可以在一定范圍內降低切削力的平均值,減小波動,增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。在刀-屑分離的條件之內,隨著切削速度、進給量、切削深度等的增加,徑向超聲振動銑削的切削力增加相對緩慢,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、聲振動銑削條件下,工件表面粗糙度的變化規(guī)律。通過切削實驗,分析了表面粗糙度Ra隨切削速度、進給量、切削深度和振動幅值的變化關系,結果表明,徑向超聲振動銑削對因切削參數(shù)增加引起的工件表面粗糙度Ra的增加有改善作用,對進給量增加引起的Ra的增加改善最為明顯。
　　最后,通過掃描電鏡觀察了工件和切屑微觀形貌的變化。SEM分析表明,徑向超聲振動銑削對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、對材料的去除更加徹底。通過對切屑宏觀形貌