超聲振動的分離型振動切削試驗研究

超聲振動的分離型振動切削試驗研究

1現(xiàn)代制造技術的環(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,更嚴重的是冷卻液處理不當會造成環(huán)境污染?，F(xiàn)代制造技術不但要求節(jié)省資源,而且更重要的是保護環(huán)境,即實現(xiàn)綠色制造。本文研究利用超聲振動切削過程中的室溫化效果,采用超聲激振刀具干式鏜孔,試驗了脈沖力作用的分離型振動切削機理的切削效果,研究了工藝規(guī)律,其結果表明,超聲振動切削是干式切削的有效途徑。2超聲法切削機理試驗將超聲波能量通過聲學系統(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振動。聲學系統(tǒng)安裝在C618K車床上構成振動加工系統(tǒng)。由于刀具以v=ω·a·cosωt(ω=2πf)速度振動,形成了脈沖力作用的分離型振動切削機理,消除了普通切削過程中的彈性擠壓振動,使切削過程變?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。試驗用超聲發(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°。試驗材料:45鋼(180～220HB),45鋼(40～45HRC)。系統(tǒng)振動狀態(tài):振動頻率f=20.8kHz,振幅A=0.012mm,水滴霧化。冷卻條件:干式切削。3切割過程的獨特性3.1圈與圈間間距大、切屑調整分析超聲振動干式鏜削試驗材料得到薄而長的切屑,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,測定收縮系數(shù)ζ≈1。3.2表面加工超聲振動干式鏜孔得到的表面類似于超精研表面,其上布滿均勻的網狀格紋,對著字母,字母在側壁清晰可見。3.3in轉速下的切削在鏜削試驗過程中,刀桿懸伸較長,剛性差,但在主軸292r/min轉速下也能穩(wěn)定鏜孔。整個切削過程中可以聽到“咯、咯”聲音,顯示切削很輕松。一旦關掉超聲發(fā)生器,即使在轉速很低的情況下鏜削淬硬材料刀刃也會立刻崩掉,可見超聲振動鏜孔可使切削過程穩(wěn)定。3.4骨腫瘤和鱗狀骨在試驗條件下,切削速度在7～45m/min范圍內,始終沒有發(fā)現(xiàn)積屑瘤,刀刃十分光滑。加工表面沒有發(fā)現(xiàn)鱗刺。3.5超聲振動銑孔切削熱在試驗過程中切屑沒有明顯溫升,用手拿不感覺灼手。可見,超聲振動鏜孔切削熱很小。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超聲波振動干燥劑4.1切削速度試驗結果對45鋼(180～220HB)、45鋼(40～45HRC)進行鏜孔。試件外徑〉22×100mm,鏜孔〉14×100mm,在切削速度v≤25m/min,進給量t=0.1mm/r,單邊吃刀深度ap=0.05mm的條件下。3個試件為一組,取其測量平均值,結果如表1。試驗數(shù)據說明,超聲激振刀具干式振動鏜削可達到或超過磨削效果,與濕式振動鏜削效果基本相同。4.2表面粗糙度在上述試驗中,用表面輪廓儀測量試件表面粗糙度,其結果見表2。4.3表面冷硬對上述試件加工表面進行顯微硬度檢測,其硬化程度小于40%。超聲振動干式鏜孔切削區(qū)變形與超聲振動濕式鏜孔基本相同。5超聲波振動干燥劑的有關規(guī)律5.1表面粗糙度的相關規(guī)律5.1.1切削速度圖1示出了超聲振動干式鏜削后Ra與切削速度v之間變化曲線。它表明,當v小于某一切削速度vc時,表面粗糙度幾乎與切削速度無關。當切削速度v≥vc時,兩者的關系則與普通鏜削沒有區(qū)別。因此超聲振動干式鏜削時,必須使切削速度v<vc(vc=A·ω),且只有當v≤1/3vc時才會得到顯著的振動鏜削效果。5.1.2修光刀對織物表面粗糙度的影響圖2示出了在試驗條件下表面粗糙度與進給量的變化曲線。在超聲波振動干式鏜削過程中,在系統(tǒng)剛性較好且不產生自激振動的條件下,如果刀具不帶有修光刃,表面粗糙度值則隨進給量加大而略有增加。這是由于幾何因素作用的結果。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給量,以提高生產效率。5.1.3表面粗糙度與刀深的關系圖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,超聲振動干式切削時的表面粗糙度變化不大,與超聲振動濕式切削規(guī)5.2超聲振動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之一。傳統(tǒng)的觀點認為這項指標在很大程度上取決于機床的精度,然而超聲振動干式鏜削在普通設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行了與圓度相關的試驗。5.2.1高溫干法銑削加工圓度圖4示出了切削速度對圓度影響的變化曲線。它表明,超聲振動干式鏜削在切削速度v≤1/3vc時其加工圓度精度很高,這是因為超聲振動鏜削時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,從而使加工圓度達到很高的精度。5.2.2進給量對圓度的影響圖5示出了進給量對加工圓度的影響曲線。它表明,超聲振動鏜削時進給量對加工圓度影響不大,可以采用大進給量以提高生產率。5.2.3吃刀深度對切削圓度的影響圖6是加工圓度與吃刀深度的關系曲線。在超聲發(fā)生器有足夠功率保證切削刃有規(guī)律振動條件下,吃刀深度幾乎對加工圓度無影響。但隨著吃刀深度的繼續(xù)增加,會影響刀具切削刃振動特性,使加工圓度下降。選取吃刀深度應視超聲系統(tǒng)功率而6超聲振動銑削加工方法的優(yōu)化(1)將超聲波能量施于刀具,使其產生一定頻率和振幅的超聲頻扭轉振動,大大強化了鏜削過程,切削效果具有相當?shù)莫毜街?產生的剛性化效果使鏜削過程穩(wěn)定。在鏜削過程中,由于室溫化切削效果,冷卻液對切削過程影響不大。試驗證明,超聲振動鏜削加工方法無論是加工精度