超聲振動切削的發(fā)展現(xiàn)狀

1、超聲振動切削的發(fā)展現(xiàn)狀關鍵詞：超聲 振動切削 發(fā)展現(xiàn)狀 0 引言 隨著科學技術的發(fā)展，各種難加工的新材料和復合材料在工業(yè)中的應用日益廣泛，特別是光學玻璃、人工晶體、工程陶瓷等硬脆性材料也得到了極為廣泛地應用。由于材料的高硬度、高脆性和零件結構的復雜性給加工帶來了極大的困難，從而限制了新材料和新結構應用范圍的進一步擴展。超聲振動切削技術具有獨特的切削原理和優(yōu)越的工藝效果。它可以明顯地提高加工表面質(zhì)量、加工精度和加工效率，特別是對工程陶瓷等硬脆難加工材料、有色金屬的精密加工具有獨特的優(yōu)越性，因而引起了國內(nèi)外學者的廣泛重視。 1 超聲振動切削技術 超聲振動切削是一種脈沖切削。振動切削過程中，由于刀具

2、有規(guī)律的振動，刀具和工件產(chǎn)生周期性的接觸與分離，使刀具在振動的一個周期中的極短時間內(nèi)完成了切削，從而形成了脈沖切削的方式。超聲振動切削的脈沖切削力的平均值要遠小于普通切削，一般可減小到普通切削的1/31/10。振動切削中，刀具在振動源驅(qū)動下周期性接觸、離開工件，切削液可充分進入切削區(qū)，切削液使用效果得到提高，刀具的耐用度也得到了提高。同時，切屑容易順利排出，加工表面的耐磨性和耐腐蝕性得到提高。 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 振動切削是一種新型的非傳統(tǒng)的特種切削加工方法，它是給刀具（或工件）以適當?shù)姆较?、一定的頻率和振幅的振動，以改善其切削功效的脈沖切削方法。與普通切削相比，振動切削具有切削力小、切削熱降

3、低、工件表面質(zhì)量高、切屑處理容易、刀具耐用度提高、加工穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。 我國超聲加工技術的研究始于50年代末，60年代初，哈爾濱工業(yè)大學應用超聲車削，加工了一批飛機上的鋁制細長軸，取得了良好的切削效果。1973年上海超聲波電子儀器廠研制成功CNM-2型超聲研磨機。1982年，上海鋼管廠、中國科學院聲學研究所及上海超聲波儀器廠研制成功超聲拉管設備，為我國超聲加工在金屬塑性加工中的應用填補了空白。1983年10月，機械電子工業(yè)部科技司委托機械工藝師雜志編輯部在西安召開了我國第一次“振動與切削專題討論會”，會議充分肯定了振動切削在金屬切削中的重要地位。1985年，廣西大學、南京電影機械廠和南

4、京刃具廠聯(lián)合開發(fā)了我國第一臺“CZQ250A型超聲波振動切削系統(tǒng)。同年，機械電子工業(yè)部第11研究所研制成功超聲旋轉(zhuǎn)加工機，在玻璃、陶瓷、YAG激光晶體等硬脆材料的鉆孔、套料、端銑、內(nèi)外圓磨削及螺紋加工中，取得了優(yōu)異的工藝效果，該機工作頻率722KHz，功率400W。加工晶體棒直徑3-10mm，加工精度：圓度0.005mm，圓柱度一般為0.03mm。該所還與航天部618研究所合作，采用超聲銑削加工方法，進行了微晶玻璃零件高精度深小孔(1.6120mm)加工實驗研究，取得良好的效果。加工精度：圓孔度0.005mm，圓柱度一般為0.030.04mm，最高河北工學院也研制了超聲旋轉(zhuǎn)加工裝置，對陶瓷、砷

5、玉等硬脆材料進行了打孔試驗。太原理工大學的秦華偉在導師軋剛的指導下進行了旋轉(zhuǎn)式超聲波加工機理的研究、清華大學的戴向國等在廣泛調(diào)研的基礎上，研制成功一臺新型的旋轉(zhuǎn)超聲加工機床，并對超聲加工的關鍵技術進行了深入研究。采用燒結或鍍金剛石的先進工具，既作超聲頻振動，同時又繞本身軸線以10005000r/min的高速旋轉(zhuǎn)的超聲旋轉(zhuǎn)加工，比一般超聲波加工具有更高的生產(chǎn)效率和孔加工的深度，同時直線性好、尺寸精度高、工具磨損小，除可加工硬脆材料外，還可加工碳化鋼、二氧化鋼、二氧化鐵和硼環(huán)氧復合材料，以及不銹鋼與鈦合金疊層的材料等。 超聲振動磨削已成為一種重要的加工技術，國內(nèi)外不少學者對此也進行了大量的試驗研究

6、，但是，盡管目前超聲切削理論已比較成熟，但是由于砂輪表面隨機分布著大量形狀不規(guī)則的磨刃，因此簡單的將超聲振動切削理論應用于超聲振動磨削并不合適。而對振動磨削的研究還是起步，超聲振動磨削加工的運動學特性進行分析、超聲振動磨削的加工機理、加工過程幾何參數(shù)及磨屑形成機理等的研究還不完善。 1992年，Prabhakertal D.和Haselkon M.在大量超聲銑、鉆加工材料去除率試驗研究的基礎上，給出預測材料去除率的經(jīng)驗模型，并對各種加工因素及其交互作用對材料去除率的影響進行了分析和討論。 工程陶瓷不同加工工藝的研究表明，超聲旋轉(zhuǎn)加工（RUM）在較低的加工壓力和較輕的表面損傷情況下，有較高的材料

7、去除率，是有潛力的加工方法。Tyrell也報道：使用超聲振動，需要的加工壓力小于無超聲加工時的壓力。 最近，國外又出現(xiàn)了超聲旋轉(zhuǎn)面銑削技術，由于RUM鉆深小孔時，其加工面及碎片很難觀察，為了克服這個困難，采用面銑削方法加工陶瓷，用掃描電鏡觀察加工面和碎片。研究表明，陶瓷加工中，材料的去除機理包括塑性去除及脆性去除。在一些加工條件下，塑性去除占主要地位，在另一些加工條件下，脆性去除占主要地位；通過調(diào)整不同的加工參數(shù)，可以調(diào)整塑性去除及脆性去除的比例。 3 結論 大量的實驗研究表明，超聲振動切削加工具有快速切削的特性，能有效地改變傳統(tǒng)加工的切削機制，具有獨特的加工工藝效果，如超聲振動可大幅度減少切削力和切削熱、提高表面加工精度。提高我國超聲振動切削加工