不同振动方式下的钛合金振动辅助铣削工艺效果研究

发布时间：2020-03-24 14:01

【摘要】：钛合金具有抗腐蚀性强、比强度高等优良的物理力学性能,是航空航天、石油化工、医疗卫生等领域广泛应用的工程材料;但因其具有导热系数低、切削温度高、切削变形大、冷硬现象严重等切削特性,使其成为典型的难加工材料,故钛合金的高效精密加工问题一直是切削领域的技术难题。大量研究表明,外场辅助切削是解决上述难题的有效方法,振动辅助切削是最主要的外场辅助切削工艺,在难加工材料切削方面具有公认的效果。然而,振动辅助切削工艺效果的好坏与振动方式的选择、工艺参数的匹配等密切相关。因此本文通过给工件施加振动的方式,开展不同振动方式和工艺参数下的TC4钛合金的振动辅助侧铣平面试验,并对其工艺效果进行了深入研究。本文的具体研究有:1、基于超声学原理研制了一套用于超声振动铣削的工件驱动系统,并通过理论计算确定了工件的结构尺寸,对超声振动系统的振幅输出进行了测试。基于压电陶瓷的逆压电效应,设计并开发了一套用于低频振动铣削的激振工作台,并对其输出特性进行了测试与分析。结果表明:该两套装置输出性能连续稳定,能够满足实际加工的需要。2、对工件施加了进给方向(切向)、垂直于加工表面方向(法向)和平行于刀具轴向方向(轴向)三个方向的振动,进行了三个振动方向刀具相对于工件的运动学特性分析,得到切向振动产生刀屑分离的必要条件,并根据该条件选择了试验参数。3、在三个方向施加超声振动的基础上进行了主轴转速、振幅、每齿进给量的单因素试验;根据运动学特性分析得出的刀屑分离条件对比分析了不同振动方向、超声与低频振动对切削力的影响规律,试验结果表明:振动铣削具有减小平均力的效果,且超声振动铣削的减力效果优于低频振动铣削。4、在给工件施加不同振动方式的基础上,对比分析了三个振动方向以及超声、低频两类振动频率对表面几何特征及表面力学性能的影响规律。试验结果表明:超声振动铣削表面微织构的规律性优于低频振动铣削;表面显微硬度及残余应力与切削力有着一定的相关性。对比分析了浇注润滑和微量润滑(MQL)在振动辅助铣削中的润滑效果。通过本文开展的研究,开发适合于振动辅助铣削的激振装置,揭示振动方式对钛合金铣削的影响规律,探求各振动方式下的加工优势,从而为振动辅助铣削技术的工业应用提供理论指导和技术。
【图文】：

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超方向走向，使频振动铣方向走铣削。2.2 超2.2.1 系超示。超振荡信声振动铣削刀时可以实刀具轴线与铣削中，图刀时可以实超声振动系系统组成声振动系统声振动系统号，该信号削中，当铣实现法向振与 X 方向一图 2-1（b）实现低频切系统统由超声波统的工作原号由换能器刀沿 X 方动铣削，如一致，则可可以实现低向振动铣削控制器、换理为：220转换成为频方向走刀时可如图 2-1 中以实现轴向低频轴向振削，当刀具沿换能器、变0V 的交流电频率相同的可以实现切（a）所示；向振动铣削振动铣削。沿 Y 方向走幅杆、工件电经超声波机械振动。切向振动铣削通过角度头，如图 2-1图 2-1（d）走刀时可以实件等元器件波控制器转化削，当刀具头改变刀具中（c）所）中，当刀实现低频法件构成，如图化成为超声具沿着 Y具轴线方所示。低刀具沿 Z法向振动图 2-2 所声频的电

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成为高频系高的要求ZQ-600（2换的机械振磁致一些缺输出功率成为了换本研所示，压频的机械振统的受力、求，功率在00 智能超声）换能器能器通过电振动。根据致伸缩换能点如转换效率大、产热换能器的应研究采用的压电晶堆为振动。负载等因素在额定范围声波控制器电缆与信号据换能器的能器具有工效率低，工作热少、体积小应用主流。的换能器为为圆形陶瓷素在切削过内须连续可，功率容量发生器相连工作原理，作稳定性高作过程中容小以及转换压电晶体换片，中间的过程中会发可调且输出稳量 1000W，连，其功能是大致可以高、机械强度容易发热。而换效率高等特换能器。它的的电极片由生变化，因稳定。本次频率跟踪范是将高频振分为压电式度高的显著而压电换能特点，能够的原理图和紧固螺栓连因此对控次试验采范围为振荡的电式和磁致著优点，，能器利用够适用于实物图连接。
【学位授予单位】：河南科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG54

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