工具钢在超声波振动条件下的切削研究
工具钢在超声波振动条件下的切削研究
房丰洲,王磊
(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津市微纳制造技术工程中心,天津300072)
摘要:运用超声波振动驱动PCD刀具对Stavax工具钢进行切削试验,并对比研究普通切削和超声波振动切削的加工工件表面粗糙度和刀具磨损试验结果,获得超声波振动切削时工件表面粗糙度、刀具磨损与加工参数之间的变化规律。
关键词:工具钢;超声波振动切削;PCD刀具
中图分类号:TH16 文献标识码:A 文章编号:1671 3133(2008)11 0054 05
R esearch on the cutti ng m ol d steel by applyi ng ultrasonic vi brati on
Fang Feng zhou,W ang Le i
(State Key Laborato r y of Precision M easuri n g Techno l o gy and Instrum ents Centre o f
M icro Nano M anufact u ring Technology,T ian jin Un iversity,T i n jin300072,C HN)
Abstrac t:Cutti ng the Stavax mode l by ultrason i c v i brati on,as a drive o f PCD too,l conduct a comparati ve st udy on t he appearance roughness o f the w orkpieces and the w ear on tool resu lted respectively fro m o rdina ry cutti ng and ultrasonic v i brati on dri ved cut ti ng.G e t t he change pa ttern of t he appearance roughness and w ear on too l under d ifferen t cutting pa ra m e ters in ter m s of ultrason i c v i bration drive.
K ey word s:M o l d stee;l Cutti ng by u ltrasonic v i bra ti on;PCD t oo l
0 引言
国内外研究人员对振动车削的表面粗糙度进行了一系列试验,研究不同材料的振动车削效果[1 3]。本文运用自行设计的超声波振动切削系统,通过对比试验,研究超声振动切削和普通切削Stavax工具钢(碳0 38%、硅0 9%、锰0 5%、铬13 6%)的表面粗糙度的结果,研究分析最佳加工参数和刀具磨损情况。
1 试验建立
试验在超精密单点金刚石车床上进行。采用育婴油和压缩空气混合进行润滑,试验刀具是PCD聚晶金刚石刀具。试验材料是40~50HRC的Stavax工具钢,这种材料由于其高强度、抗腐蚀性和优良的机械加工性被广泛用于各类光学模具。
在切削过程中,超声波振动系统振动部分需要用两个固定环固定在刀架上。固定环必须夹持在超声波传播过程中的波节处,才会对整个振动系统的影响最小,所以必须找出超声波在整个振动系统中的位移零点,以作为夹持点。通过运用有限元方法对超声波变幅杆进行谐振分析[4,5](见图1),可以找出振动系统的两处位移零点,结果如图2所示,横坐标表示振动系统各点离端面的距离,
纵坐标表示振动时各点的位
图1 变幅
杆共振时各点位移示意图
图2 振动系统位移分布图
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移。从图2中可以找出两个位移零点,作为振动系统的夹持点。整个振动切削系统如图3所示,A 、B 两点是振动系统的夹持点,PCD 刀具安装在变幅杆的末端,它在变幅杆的轴线和切削方向上以40kH z 的频率振动,振幅范围为2~14 m 。振幅由SI OS 微型激光干涉仪测量,工件表面粗糙度由W yko 白光干涉仪进
行测量与分析。
图3 超声波振动切削系统
2 试验方法及结果分析
2 1 超声波振动切削与普通切削的对比
试验工件采用半径为10mm 的S tavax 工具钢,切削参数为:1)普通切削时主轴转速分别为100r/m i n 和1500r/m i n ,进给量为0 4mm /m in ,切削深度为2 m ;2)超声波振动切削时主轴转速为100r/m i n ,振幅为2 m,进给量、切削深度与普通切削相同。试验后测得的工件表面粗糙度如图4所示。
由图4可以看到,在相同的切削条件下,超声波振动切削所加工的工件表面粗糙度Ra 可以达到46nm ,而普通高速和低速切削时工件表面的粗糙度Ra 只能达到88nm 和174nm 。
由表面轮廓测量结果可以看到普通切削工件表面轮廓存在较多的峰谷现象,这些峰谷形成的原因:1)在低转速的加工过程中,刀具在去除材料时第一变形区的塑性撕裂变形;2)在第三变形区刀具刃口与材料的摩擦、复映现象;3)积屑瘤产生的影响。而对于超声波振动切削,由于具有往复熨压的特性,即刀具相对工件运动不是单方向前进的,而是周期性的往复运动,在已加工表面形成后,经过刀具后退又再前进的熨压过程
[6]
,对工件表面的峰谷产生熨压作用,使
加工表面轮廓趋于改善。
图4 表面粗糙度对比分析与研究
2 2 超声波振动切削参数的比较
2 2 1 超声波振动切削中振幅对工件表面粗糙度的影响
试验参数设置:转速为100r/m i n ,进给量为0 7mm /m in ,切削深度为2 m,振幅分别为2 m 、4 m 和6 m,
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振动切削。可测得加工表面粗糙度见表1和图5。
表1 超声波振动切削振幅与粗糙度关系振幅/ m246
Ra/nm8376
94
图5 超声波振动切削振幅 粗糙度曲线
通过试验可以看出,当振幅增大,由于冷却液能够充分进入刀具和碎片之间并停留足够长的时间,产生的热量被及时分散,避免了切削材料粘附在刀具表面,降低了加工工件的表面粗糙度。但在切削过程中,工件对刀具的作用是一个动态的反作用力,振幅过大会使工件的反作用力增大,而且会在换能器处产生巨大的热量,影响换能器和超声波发生器正常工作,这些因素,也会对加工工件表面粗糙度产生影响。所以,加工过程中应选用适中的振幅进行加工。
2 2 2 超声波振动切削中进给量对工件表面粗糙度的影响
试验参数设计:主轴转速为100r/m i n,振幅为2 m,切削深度为2 m,进给量分别选择0 4mm/m i n、0 7mm/m i n和1 5mm/m i n,振动切削。可测得加工表面粗糙度结果如表2和图6所示。
表2 超声波振动切削进给量与粗糙度关系进给量/(mm m i n-1)0 40 71 5
Ra/nm6883
113
图6 超声波振动切削进给量 粗糙度曲线
由表2可知,进给量是影响工件表面粗糙度最为显著的参数。随进给量的增大,工件表面粗糙度升高,因为在加工过程中,随着进给量的增加,减少了刀具在加工进给方向上的重叠程度,增大了工件加工表面峰谷差。另外,进给量增大,切削残留面积也会随之增大,因此对加工后表面粗糙度的影响显著[7]。
2 2
3 超声波振动切削中切削速度对工件表面粗糙度的影响
试验参数设置:振幅为2 m,进给量为0 7mm/ m i n,切削深度为2 m,切削速度转换为主轴转速分别选取100r/m i n、150r/m i n和200r/m i n,振动切削。可测得加工表面粗糙度结果如表3和图7所示。
表3 超声波振动切削主轴转速与粗糙度关系
主轴转速/(r m i n-1)100150200 R a/nm838788
由表3可知,切削速度的变化对工件表面粗糙度的影响并不显著,因为在振动切削中,相对切削速度V r可以表示为:
V r=V+A cos( t)
式中:A为振幅; =2f,f为振动频率。当A !V时,普通切削速度V在相对切削速度中所占的比例较小,从而对整个切削过程的影响就不是非常显著[8]
。
图7 超声波振动切削主轴转速 粗糙度曲线
2 3 超声波振动切削和普通切削时刀具磨损分析
2 3 1 刀具前刀面和刃口的磨损
试验选用加工参数:1)主轴转速为100r/m i n,进给量为0 7mm/m in,振幅为2 m,切削深度为4 m,振动切削;2)主轴转速为1500r/m i n时普通切削。两种切削方式对工件切削长度均为150m,通过显微镜(SE M)观察刀具前刀面的磨损情况,如图8所示。
普通切削和超声波振动切削在切削距离相同时,刀具的前刀面和刃口磨损情况比较可由图8看出,普通切削的刀具刃口的月牙洼已经扩大至前缘,与切削刃之间的棱边几乎消失,而且刀尖处由于磨损严重出
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现楔形粘屑现象,主要是因为在普通切削过程中,切屑与前刀面之间压力以及相对滑动速度较大,工件切屑底层的新鲜金属与已产生磨损的刀具前刀面之间由于摩擦力的作用而产生较大的塑性变形。另外,切削过程中所谓的二次塑性流动会在前刀面上产生?焊合点#,并随着切削的进行,最终导致在前刀面上生成硬度远高于工件的粘着物,从而对工件和刀具都产生犁削作用。而超声波振动切削的刀具刃口磨损很小,主要是因为超声波振动切削刀具与工件之间的往复运动特性和切入瞬间的冲击作用等基本特性的影响,在振动切削中,切削速度越低,分离特性就越强,各新生表面均能与周围介质充分接触并在表面上形成吸附膜和氧化膜。由于每个振动周期内的实际切削时间和实际切削路程极短,这些吸附膜和氧化膜不可能在这段时间被抹去并在界面内形成紧密接触,从而形成良好的摩擦状态,往复运动特性和冲击作用使刀与切屑界面、刀与工件界面内的相互作用力,分别表现为断续冲击式和交变冲击式的正压力和摩擦力。所
以,超声波振动对刀具的磨损会大幅度地减小[9]
。
图8 两种切削方式刀具前刀面磨损比较
2 3 2 刀具后刀面的磨损
用以上相同参数分别对工件切削150m 后,观察刀具后刀面的磨损情况,如图9
所示。
图9 两种切削方式刀具后刀面磨损比较
由图9可看出,无论是普通切削还是超声波振动切削,刀具的后刀面都形成了与切削速度方向一致的梳状磨损沟纹,但前者比后者严重。这主要是因为刀具磨损的主要机理是磨料磨损,切削时,工件新加工表面含有硬质点,与刀具后刀面接触,相互摩擦引起后刀面磨损。后刀面虽有后角,但有一定的钝圆半径,切削刃磨损后,锋利程度不够理想,使后刀面与工件表面的接触压力很大,后刀面刀尖附近已加工表面存在着弹性变形和塑性变形,因此,后刀面和工件实际上变成了小面积接触。在该小面积范围内已加工表面与后刀面之间发生挤压并相对滑动,产生剧烈摩擦,磨损就在这个接触面上发生。对于普通切削来说,由于刀具与工件一直接触,所以工件切屑中的细微颗粒会加剧后刀面的磨损,尽管PCD 刀具具有很好的耐磨性,后刀面仍然会被磨出后角为零的小棱面,
当后刀面磨损后,刀与切屑间的摩擦力增加而导致切
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削温度升高,这一点突出表现在PCD刀具的后刀面会有烧伤现象出现[10,11]。而对于超声波振动切削刀具,由于其刃口磨损很小,大大地降低了后刀面与工件新鲜加工表面的接触面积和接触压力,同时因为其断续接触的特性,会大幅度地减小后刀面与工件新鲜加工表面的接触时间,降低后刀面表面温度,刀具与工件之间处于良好的外摩擦状态,大大降低了后刀面的磨损面积和磨损程度。
3 结论
通过以上研究,可以得出如下结论。
1)相比于普通高速切削,超声波振动切削在切削速度低于临界切削速度时,可以显著改善加工工件的表面质量,得到表面粗糙度值小的加工工件表面。
2)进给量对超声波振动切削工件表面粗糙度影响最为显著,随着进给量的增加,加工表面粗糙度也会随之升高。另外,振幅也是影响加工结果的一个因素,但振幅过大,会损坏超声振动系统,因此为得到低的加工表面粗糙度,应尽量选用适中振幅、小进给量进行加工。
3)超声波振动切削在切削相同距离时,由于超声波加工过程中刀具与工件的分离特性,超声波振动切削可以大大降低PCD刀具的磨损,当切削距离达到150m时,PCD刀具振动切削的磨损量仅为普通切削的1/3。
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作者简介:房丰洲,博士生导师、长江学者特聘教授,天津市微纳制造技术工程中心首席科学家。1982年大学毕业后,一直
从事精密加工与测量的教学与科研工作。现任国际生
产工程院(C I RP)会员、国际纳米科学与技术学会
(SNN)理事、?纳米技术与精密工程%编委、?国际纳米
制造技术学报%(Inter n ati on al J ournal of Nano m anu fact u r
i ng)编委、?国际精密技术学报%(International Journal of
Preci s i on Technol ogy)编委。多年从事超精密加工、复杂
曲面加工和精密测量方面的研究与开发,是多个国际学
术会议的科学委员会委员、组委、或会议主席。应邀在
中国、日本、美国、泰国等国家举行的先进制造和微纳加
工领域的国际会议发表大会主题报告以及国内外高校
的专题报告20余次。
作者通讯地址:天津大学精密仪器学院263信箱(300072)
收稿日期:2008 04 29
(上接第23页)
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作者通讯地址:中南大学铁道校区机电工程学院大楼研究生实验室308室(长沙410075)
E m ai:l yuk ey7064@to m.co m
收稿日期:2008 05 30
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超声波切割机工作原理
超声波切割机 一、概述超声波切割机的原理与传统意义上的切割完全不同。它是利用超声波的能量，将被切割材料的局部加热熔化，从而达到切割材料的目的。所以超声波切割不需要锋利的刃口，也不需要很大的压力，不会造成被切割材料的崩边、破损。同时，由于切割刀在做超声波振动，摩擦阻力特别小，被切割材料不易粘在刀片上。这对粘性和弹性材料、冰冻材料，如食品，橡胶等，或不便加压力的物体切割，特别有效。超声波切割还有一个很大的优点，就是它在切割的同时，在切割部位有熔合作用。切割部位被完美地封边了，可防止被切割材料组织的松散（如纺织材料飞边）。超声波切割机的用途还可以扩展，如挖孔，铲挖，刮漆，雕刻，分条等等。 二、基本结构和特点超声波切割机是利用波能量进行切割加工的一类设备，它最大的特点是切割不用刃口。或者说，不用传统意义上的刃口。传统的切割是利用带有锋利刃口的刀具，压向被切割材料。此压力集中在刃口处，压强就非常大，超过了被切割材料的剪切强度，材料的分子结合被拉开，就被割断了。由于材料是被强大的压强硬性拉开的，所以切割刀具刃口就应该非常锋利，材料本身还要承受比较大的压力。对软性、有弹性的材料切割效果不好，对粘性材料困难更大。基本构成是超声波换能器、变幅杆、切割刀（工具头），驱动电源。超声波驱动电源将市电转换成高频高电压交流电流，输给超声波换能器。超声波换能器其实就相当于一个能量转换器件，它能将输入的电能转换成机械能，即超声波。其表现形式是换能
器在纵向作来回伸缩运动。伸缩运动的频率等同于驱动电源供出的高频交流电流频率。变幅杆的作用一是固定整个超声波振动系统，二是将换能器的输出振幅放大。切割刀（工具头）一方面进一步放大振幅，聚焦超声波。另一方面是输出超声波，利用切割刀的类似刃口，将超声波能量集中输入到被切割材料的切割部位。该部位在巨大超声波能量的作用下，瞬间软化、熔化，强度大大下降。此时，只要施加很小的切割力，就可达到切割材料的目的。类似于常规切割，所需要的基本的构件是切刀和砧板，超声波切割机也由有两种基本结构。根据超声波施加位置的不同，我们不妨可以把它分成超声波切刀式切割机和超声波砧板式切割机。超声波切刀式切割机是直接将超声波能量加载到切刀上，切刀就变成一把带有超声波的切刀。在切割材料时，材料主要是被超声波能量软化和熔化的，切刀的刃口只是起到切缝定位、超声波能量输出、分隔材料的作用。这种切割方式适用于粗、厚、长等不方便设置砧板的材料的切割。超音波切割机适用于：如炼胶机输出的生胶分切、管子切割、冻肉、糖果、巧克力切割、印刷线路板、工业、首饰业、塑料制品加工、食品加工、印刷工业、汽车工业天然纤维分割（可分细线路）、合成纤维深挖（多层电路切断）、塑料外壳加工、薄的人造树脂括漆（适合大面积）所有型式的纸张和底胶片原产地（中国）或手持式切割机等等。完。
车削内孔时刀具振刀问题和解决办法
车削内孔时刀具振动的分析与解决方法 尹霞（邮政编码412000） 摘要：通过对车削内孔时刀具振动原因的深刻分析，提出了在保持高生产效率下的解决办法，并在生产中得到应用。 关键词：刀具振动长径比振动频率减轻振动高效率 车削内孔的加工中，刀具的振动将会影响到加工精度。在传统机械加工车间中刀具振动的解决还是采用老式的加工理论，往往是以牺牲生产效率为代价，并且其中许多加工理念已经不再适合现代加工技术。但随着国外越来越多先进的机夹刀具进入到传统机械加工车间后，给我们带来了新的加工理念。现在向大家介绍这种高效率的解决方法。 1.刀具振动的原因 刀具振动实际应该切削振动，通常发生在长悬臂刀杆的镗削和铣削，薄壁件的切削加工等。切削振动顾名思义只有在刀具进行切削时才产生。而切削振动最明显的是工件被加工表面有振纹。我们将振动分为三种。它们是高频振动、中频振动和低频振动。 我们以内孔车刀杆的振动分析来看：刀尖切削工件时会产生切削力，这个力使镗刀杆产生弹性变形，当刀尖上的铁屑断掉后，刀杆的弹性变形就恢复。随着铁屑不断产生在断掉，那么径向切削力随着铁屑的生成和断裂由大到小不断变化，形成正玄波动镗削力F。此力的大小和方向是一直有规律的变化，如果切削力的变化频率等于或在刀具固有的弹变频率范围之内，镗削振动就产生了。其实任何强壮的刀杆都不能确保切削时刀杆不会产生弹变，实际上刀片在切削时都是颤动的，但是只有弹变足够大时颤动才变为震动。 因此我们得到这样的结论：刀具在切削工件时发生振动需要有以下三个条件同时存在：第一是包括刀具在内的工艺系统刚性不足导致其固有频率低，第二是切削时产生了一个足够大的外激力，第三是这个外激力的频率与工艺系统固有频率相同随即 一是减小切削力至最小；二是尽量增强刀具系统或者夹具与工件的刚性；三是在刀杆内部再制造一个振动去打乱外激切削力的振频，从而消除刀具振动。 2.采用阻尼避振刀杆从而减轻振动 我们虽然可通过改变刀杆的材质来达到消振的目的。即把钢质刀杆改成整体硬质合金刀杆或重金属刀杆，它的刀杆夹持悬伸与刀杆直径避振极限比值（简称长径比）
振动切削加工技术
振动切削加工技术 姓名：宋大同班级：机械工程1105班学号：113085201149 摘要：振动切削加工技术是机械振动有利一面的应用，这是一种优于普通切削的新技术，是先进制造方法的重要组成部分。本文通过振动切削与普通切削的对比，分析了振动切削的原理、特点、工艺效果及在切削过程中的作用。同时论述了振动切削加工技术在工业中的具体应用和仍需解决的问题。 关键词：振动切削低频振动超声振动工艺效果应用 机械振动同许多事物一样具有两面性，有其不利的一面，也有其有利的一面。振动切削加工技术就是机械振动有利一面的应用。振动切削加工是20 世纪60 年代发展起来的一种先进制造技术，它通过在常规的切削刀具上施加高频振动，使刀具和工件发生间断性的接触，从而使传统切削模式发生了根本性的变化。振动切削改变了工件与刀具之间的时间与空间的分配，从而改变了切削加工机理，达到了减小切削力和切削热，并且提高加工质量和效率的目的。由于其在一定范围内能够有效地解决难切削材料的加工及其精密切削加工方面的问题，因而越来越引起人们的重视。 1.普通切削与振动切削 在普通切削中，切削是靠刀具与工件的相对运动来完成的。切屑与已加工表面的形成过程，本质上是工件材料受到刀具的挤压，产生弹性变形和塑性变形，使切屑与母体分离的过程。在这种刀具始终不离开切削的普通切削中，刀具的作用包括两个方面：一个是刀刃的作用，一个是形成刀刃的刀面的作用。由于刀刃与被切削物接触处局部压力很大，从而使被切物分离。刀面则在切削的同时撑挤被切物，促进这种分离。普通切削中，伴随着切屑的形成，由于切屑与刀具之间的挤压和摩擦作用，将不可避免产生较大的切削力，较高的切削温度，使刀具磨损和产生切削振动等有害现象。基于这种思想，产生了一种新的切削方法——振动切削。 振动切削即通过在切削刀具上施加某种有规律的可控的振动，使切削速度、切削深度产生周期性的改变，从而得到特殊的切削效果的方法。振动切削改变了工具和被加工材料之间的空间与时间存在条件，从而改变了加工机理，达到减小切削力、切削热，提高加工质量和效率的目的。 2.振动切削分类 1）振动切削按振动质量分为自激振动切削和强迫振动切削。自激振动切削是利用切削过程中产生的振动进行切削的。强迫振动切削是利用专门设置的振动装置，使刀具或工件产生某种有规律的可控振动进行切削的方法。 2）振动切削按刀具振动方向分为吃刀抗力方向、进给抗力方向和主切削力方向三种振动切削。 3）振动切削按所加频率不同可分为高频振动和低频振动。振动频率在200HZ 以下的振动切削称为低频振动切削，低频振动仅仅从量上改变切屑的形成条件，主要用来解决断屑问题以及与此相关的一系列问题。一般来说，低频振动切削的
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超声波加工技术 1.绪论 人耳能感受到的声波频率在20—20000HZ范围内，声波频率超过20000HZ被称为超声波。超声波加工（Ultrasonic Machining简称USM）是近几十年来发展起来的一种加工方法，它是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行加工的方法，或利用超声振动的工具在有磨料的液体介质或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀来去除材料，又或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。它弥补了电火花加工的电化学加工的不足。电火花加工和电化学加工一般只能加工导电材料，不能加工不导电的非金属材料。而超声波加工不仅能加工硬脆金属材料，而且更适合于加工不导电的硬脆非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片等。同时超声波还可用于清洗、焊接和探伤等。 1.1超声波加工的发展状况 超声波加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，或给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。超声加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。超声波发生器的作用是将220V或380V的交流电转换成超声频电振荡信号；换能器的作用是将超声频电振荡信号转换为超声频机械振动；变幅杆的作用是将换能器的振动振幅放大；超声波的机械振动经变幅杆放大后传给工具，使工具以一定的能量与工件作用，进行加工。 超声加工技术是超声学的一个重要分支。超声加工技术是伴随着超声学的发展而逐渐发展的。 早在1830年，为探讨人耳究竟能听到多高的频率，F.Savrt曾用一多齿的齿轮，第一次人工产生了2.44 HZ的超声波，1876年加尔顿的气哨实验产生的超声波的频 10
超声波高频振动车削工艺
超声波高频振动车削工艺 超声振动切削，是使以20-50KHz的频率、沿切削方向高速振动的一种特种切削技术。 1.工作原理 超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削。在一个振动周期中，的有效切削时间很短，大于80%时间的里与工件、切屑完全分离。与工件、切屑断续接触，这就使得所受到的摩擦变小，所产生的热量大大减少，切削力显著下降，避免了普通切削时的“让刀”现象，并且不产生积屑瘤。利用这种振动切削，在普通机床上就可以进行精密加工，圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度，最高可达到接近零误差，使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。与高速硬切削相比，不需要高的机床刚性，并且不破坏工件表面金相组织。在曲线轮廓零件的精加工中，可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工，可以节约高昂的数控磨床购置费用。 2.性能指标 2.1切削力小，约为普通切削力的1/3-1/10。 2.2加工精度高，主要取决于所用机床精度，所加工工件形位公差几乎可接近机床相关精度。 2.3切削温度低，工件保持室温状态。 2.4不产生积屑瘤，工件变形小，没有毛刺。 2.5切削表面粗糙度低，可接近理论粗糙度值，最高可达Ra0.2以下。 2.6被加工零件的“刚性化”，即与普通切削相比，相当于工件刚性提高。 2.7加工过程稳定，能有效消除颤振。 2.8切削液的冷却、润滑作用提高。
2.9耐用度呈几倍到几十倍提高。 2.10被加工表面呈压应力状态，零件疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性提高。 2.11切削后的工件表面呈彩虹效果。 3.应用范围 由于超声振动切削有如此多的优点，所以可广泛应用于航空、航天、军工等领域各种难加工材料的切削加工。 3.1难加工材料切削：如耐热钢、钛合金、恒弹性合金、高温合金、不锈钢、冷硬铸铁、工程陶瓷、复合材料和花岗岩等。 3.2加工淬硬钢零件及超硬零件，能得到很高的加工精度和表面质量：用硬质合金可以很轻松地加工硬度达HRC60以上的淬硬钢零件，如高速钢、轴承钢等；用PCD加工硬质合金，可以大大提高的耐用度。 3.3成型切削：利用成型切削加工各种类型的轮廓曲面及内外球面、过度圆弧、锥面等。 3.4细长杆件及薄壁件车削加工。 3.5超细直径零件车削加工。 3.6超精密加工。 产品相关词组： 超声波振动切削装置，超声波椭圆振动切削，超声切削，超声椭圆振动，超声振动切削加工中心，二维超声振动磨削，旋转超声钻削，振动切削，超声振动加工，椭圆超声振动微雕刻装置，高频椭圆振动切削，超声振动磨削，振动加工，超声椭圆振动切削，椭圆振动切削，振动车削，超声车削
机械加工过程中的振动特点及预防措施
机械加工过程中的振动特点及预防措施 在进行机械加工的过程中，工件的表面质量尤为关键，直接关系到工件的使用性能，进而影响到工业生产的稳定运行。在进行机械加工的过程中，由于生产工艺中各项工序的影响会产生振动，由此影响到刀具的加工质量，降低工件的表面质量。为了保证工件的表面质量，要对引起振动的原因进行分析，从而制定出解决的措施，减少振动的发生几率，提高机械加工的质量。 标签：机械加工；强迫振动；自激振动；预防措施 引言 在进行机械加工的过程中，如果出现振动，将会产生非常严重的后果，最直接后果就是影响到工件的表面质量。在正常情况下，刀具与工件之间的距离是按照一定的规范来固定的，如果产生振动，将会对刀具产生附加的动荷载，由此在工件的表面会出现振痕，影响到工件的表面品质以及使用性能。此外，这种振动会严重的磨损到刀具，从而降低刀具的精度和刚度，缩短刀具的使用寿命。振动还会导致机床各连接部位的松动，从而加大间隙，严重时可能会影响到加工的持续。振动所产生的噪声还会影响到工作人员的健康，所以采用相应的措施，减少振动的产生具有重要的意义。 1 机械加工振动的表现和特点 1.1 强迫振动 强迫振动是物体受到一个周期变化的外力作用而产生的振动。如在磨削过程中，由于电动机、高速旋转的砂轮及皮带轮等不平衡，三角皮带的厚薄或长短不一致，油泵工作不平稳等，都会引起机床的强迫振动，它将激起机床各部件之间的相对振动幅值，影响机床加工工件的精度，如粗糙度和圆度。对于刀具或做回转运动的机床，振动还会影响回转精度。强迫振动的特点是：①强迫振动本身不能改变干扰力，干扰力一般与切削过程无关。干扰力消除，振动停止。②强迫振动的频率与外界周期干扰力的频率相同，或是它的整倍数。③干扰力的频率与系统的固有频率的比值等于或接近于 1 时，产生共振，振幅达到最大值。 1.2 自激振动 是由振动系统本身在振动过程中激发产生的交变力所引起的不衰减的振动，就是0激振动。即使不受到任何外界周期性干扰力的作用，振动也会发生。如在磨削过程中砂轮对工件产生的摩擦会引起自激振动。工件、机床系统刚性差，或砂轮特性选择不当，都会使摩擦力加大，从而使自激振动加剧。自激振动的特点是：①自激振动的频率等于或接近系统的固有频率。按频率的高低可分为高频颤振及低频颤振。②自激振动能否产生及其振幅的大小，决定于每一振动内系统所获得的能量与阻尼消耗能量的对比情况。③由于持续自激振动的干扰力是由振动
功率超声振动加工技术教案
南通大学 Nan Tong University 功率超声振动加工技术 院系： 专业：自动化 班级： 学号： 姓名：李芸 关键词： 振动加工、换能器发生机理、熔焊、功率超声车削、珩磨技术 引言： 超声加工（ultrasonic machining），起源于20世纪50年代初期，是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工的方法。超声加工系统，由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。在难加工材料和精密加工中，功率超声加工技术具有普通加工无法比拟的工艺效果，具有广泛的应用范围。由于功率超声加工技术具有许多优点，与其他加工技术相比较，常常能大幅度提高加工速度、提高加工质量和完成一般加工方法难以完成的加工工作。因此，在工业、农业、国防和医药卫生、环境保护等部门得到越来越广泛的应用。 正文：
一、超声加工的基本原理 超声加工时，高频电源联接超声换能器，由此将电振荡转换为同一频率、垂直于工件表面的超声机械振动，其根幅仅0．005~0．01mm，再经变幅杆放大至0．05~0．lmm，以驱动工具端面作超声振动。此时，磨料悬浮液（磨料、水或煤油等赃工具的超声振动和一定压力下，高速不停地冲击悬浮液中的磨粒，并作用于加工区，使该处材料变形，直至击碎成微粒和粉末。同时，由于磨料悬浮液的不断搅动，促使磨料高速抛磨工件表面，又由于超声振动产生的空化现象，在工件表面形成液体空腔，促使混合液渗入工件材料的缝隙里，而空腔的瞬时闭合产生强烈的液压冲击，强化了机械抛磨工件材料的作用，并有利于加工区磨料悬浮液的均匀搅拌和加工产物的排除。随着磨料悬浮液不断地循环。磨粒的不断更新。加工产物的不断排除，实现了超声加工的目的。总之，超声加工是磨料悬浮液中 的磨粒，在超声振动下的 冲击、抛磨和空化现象综 合切蚀作用的结果。其中， 以磨粒不断冲击为主。由 此可见，脆硬的材料，受 冲击作用愈容易被破坏， 故尤其适于超声加工。 由超声发生器产生的高频 电振荡（频率一般为16～25千赫，焊接频率可更高）施加于超声换能器上（见图），将高频电振荡转换成超声频振动。超声振动通过变幅杆放大振幅（双振幅为20～80微米），并驱动以一定静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。工具端部通过磨料不断地捶击工件，使加工区的工件材料粉碎成很细的微粒，为循环的磨料悬浮液带走，工具便逐渐进入到工件中，加工出与工具相应的形状。 二、特点 ①不受材料是否导电的限制。 ②工具对工件的宏观作用力小、热影响小，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件。 ③被加工材料的脆性越大越容易加工；材料越硬或强度、韧性越大则越难加工。 ④由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度应比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料。 ⑤可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超 声电解加工等。 超声加工主要用于各种硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔（包括圆孔、异形孔和弯曲孔等）、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。超声打孔的孔径范围是0.1～90毫米，加工深度可达100毫米以上，孔的尺寸精度可达 0.02～0.05毫米。表面粗糙度在采用 W40碳化硼磨料加工玻璃时可达Rα 1.25～0.63微米，加工硬质合金时可达Rα0.63～0.32微米。 ⑥切削力大及温度幅度降低，工件寿命大幅度提高。 ⑦大大节省能源，简化机床结构。 ⑧提高已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性。
浅论车削加工中的振动与控制
浅论车削加工中的振动与控制 本文转自可好论文网,原文地址：https://www.wendangku.net/doc/215383562.html,/html/446.html 【摘要】在机械加工中产生的振动都具有受迫振动和自激振动，与机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的动态特性有关。详细分析了车削加工中振动的主要类型及产生的原因、振动的危害，并从刀具、夹具、切削工艺等方面提出了减小或消除振动的措施。 【关键词】车削低频振动;高频振动;消除措施 【Abstract】In the machine process creation of vibration all have is forced a vibration and from arouse vibration, and tool machine, tongs, knife and work piece the dynamic state characteristic of craft system for constitute relevant.Detailed analysis the car pare to process medium vibration of main type and creation of reason, vibration of endanger, and from the knife, tongs, sliced to pare craft’s etc. to put forward to let up or cancellation vibration of measure. 【Key words】The car pare low frequency vibration;High frequency vibration;Cancellation measure 前言 在车削过程中产生的振动，不仅干扰了正常的切削过程，严重影响了加工件的表面质量，还会缩短机床及刀具使用寿命。由此产生的噪音甚至可能影响到操作者工作情绪，对正常工作的开展带来一定负面影响；而为了减少振动，往往不得不减少加工时的进刀量，从而降低了生产率。本人通过在工作中对这一现象不断观察、分析、实践、总结，取得了一些效果，现提出一些看法供大家探讨。 1. 振动的分类一般来讲，在机械加工中产生的振动都具有受迫振动和自激振动，与机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的动态特性有关。在消除机床回转组件(如电机、工件、旋转轴等)和传动系统(如皮带轮、滚动轴承、液压传动系统的压力脉冲等)的振动后，车削加工中的振动主要是不随车削速度变化的自激振动，主要是车削过程中工件系统的弯曲振动(其频率接近工件的固有频率的低频振动)和车刀的变形产生的弯曲振动(其振动频率接近车刀的固有频率的高频振动)。 2. 振动原因分析低频振动的振动频率较低，通常发出的噪音比较低沉，振动较为剧烈，在加工表面留下的振动痕迹深而宽。在低频振动时通常工件系统和刀架系统都在振动，它们时而趋远，时而趋近，产生大小相等方向相反的作用和反作用力。在振动过程中，当工件与刀具趋远时，切削力F趋远与工件位移方向相同，所做之功为正值，系统获得输入能量E(+)，当工件趋近刀具时，切削力F趋近与工件位移方向相反，所做之功为负值，系统消耗能量E(-)，在车削过程中，由于各种因素的影响都可能引起切削力周期性的变化，并使F趋远>F趋近，E(+)>E(-)，即在每一振动周期中，切削力对工件(或刀具)所做之正功总是大于它对工件(或刀具)所做之负功，从而使工件(或刀具)获得能量补充产生自激振动。 在车削过程中，影响切削力周期性地变化，并使F退出>F切人的情况有以下几个因素： 2.1切削与刀具相对运动产生的摩擦力。在加工韧性钢材时径向切削分力F开始随切削速度的增加而增大，自某一速度开始，随切削速度的增加而下降。据切削原理可知，径向切削分力Fv主要取决于切削与刀具相对运动产生的摩擦力，即切削与刀具前刀面的摩擦力。摩擦力具有随摩擦速度的增加而下降的特性，即负摩擦特性。在机械系统中，具有负摩擦特性的系统容易激发切削振动。 2.2再生切削时因工件在前一转时振动留下的痕迹引起切削厚度周期性的变化，从而影响切削力的周期变化。一般说，后转(后次)切削的振纹相对于前转(前次)切削的振纹总不同步，它们在相位上总有一个差值φ，在一个振动周期中，对振纹曲线Yn =Ycosωt，Y n(t)在相位上滞后于前次的Yn-1(t)即0<φ<π的情况，可以看出，在振出的半周期中的平均切削厚度大于振人的半周期中的平均切削厚度，于是振出时的切削力所做的功大于振人时切削力所做的负功，系统就会有能量输人，
超声波加工论文
超声波加工 摘要：超声波加工是利用工具断面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。它能广泛应用于各个领域，特别对于一些常规加工方式无法完成的或者加工精度无法达到要求的工件。目前经过几十年的发展，超声波加工技术已逐步成熟，并已在一些要求条件高、加工工艺复杂、精度要求高的领域逐步发展起来，相信随着技术的发展它的应用范围及领域会越来越广。 关键词：超声波；研究前沿；应用领域 引言：超声波随着技术的发展越来越为人们所应用，他通过自身的一些特性一步步奠定自己在切削、拉丝模、深小孔加工等的地位。特别在现代这个迅猛发展的社会它的地位越来越重要，我们应该加快它的发展速度，为我们所用。 超声波加工（USM）是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果，其中磨料的连续冲击是主要的。加工时在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到0.01～0.15mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多，但由于每秒钟打击16000次以上，所以仍存在一定的加工速度。 与此同时，悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新。 一、超声波加工的原理 1.1 超声波概述 “超声波”这个名词术语，用来描述频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波，通常是指频率高于16kHz以上的所有频率。超声波的上限频率范围主要是取决于发生器，实际用的最高频率的界限，是在5000MHz的范围以内。在不同介质中的波长范围非常广阔，例如在固体介质中传播，频率为25kHz的波长约为200mm；而频率为500MHz的波长约为0.008mm。 超声波和声波一样，可以在气体、液体和固体介质中传播。由于超声波频率高、波长短、能量大，所以传播时反射、折射、共振以及损耗等现象更显著。在不同的介质中，超声波传播的速度c亦不同，例如c空气=331m/s；c水=1430m/s；
超声振动切削加工
超声振动切削加工的研究现状及进展 摘要：简述了超声振动切削技术的发展、优点及应用领域。通过将超声振动切削与普通切削比较以及对振动切削过程特点的描述，探讨了超声振动切削的切削机理。文章还分析了振动切削技术的最新发展, 认为超声振动切削是一项有发展前途的新型技术。 关键词：超声振动切削；难加工材料：切削机理 Research of vibration assisted turning cutting technology and
Its development Abstract：Introduces the history, advantages and application field of the ultrasonic cutting technology(UCT). By compared with ordinary cutting and the characteristics description of the ultrasonic vibration cutting process, explored Ultrasonic vibration cutting of the cutting mechanism. The paper also analyzes an up- to- date vibrating cutting technology and summarizes that the ultrasonic vibration cutting is a promising new technology. Key Words: Ultrasonically vibrating cutting; Difficult - to - machine materials; Cutting Mechanism 0 前言 超声振动切削技术是把超声波振动的力有规律地加在刀具上，使刀具周期性地切削和离开工件的加工技术, 是结合超声波技术和传统切削工艺的一种新型切削技术。在20 世纪60 年代，日本隈部淳一郎先生就对该项技术做了大量的研究工作。
锯片铣刀切削振动分析与研究
锯片铣刀切削振动分析与研究 高速回转圆盘刀具——锯片铣刀是一种用于金属切断和窄槽加工的铣削工具,在特种材料、塑性材料、复合材料、硅材料及贵重金属加工中有广泛的应用。常规的锯片铣刀由于本身厚度,不可避免地会产生锯路损失,造成材料资源的严重浪费,同时切削产生的加工废料加剧了环境污染,能源消耗也会提高。 在进行特种材料加工时,由于材料资源的贵重性及高加工质量的要求,降低这种损失变得尤为重要。因此,减小锯片厚度成为锯片铣刀主要发展趋势之一。 但是锯片铣刀厚度变薄又会存在一系列的问题,最主要的就是锯片刚度下降导致锯片铣刀横向振动加剧,降低了锯片铣刀的寿命以及产品质量,同时加大锯片铣刀的噪声。针对锯片铣刀振动和噪声问题,已有学者提出在锯片铣刀上增加径向槽、消音细缝以及采用阻尼材料充当锯片铣刀基体的方法来减少锯片铣刀的振动和噪声,并且这些方法起到了明显的减振降噪效果。 在前人研究的基础上,本文针对锯片铣刀铣削时的横向振动问题,应用转子动力学理论、临界转速理论和切削振动实验测量对锯片铣刀的振动动态特性进行了详细的分析和研究。首先从理论上分析了锯片铣刀切削时的金属变形规律、受力特性及振动特性,指出在锯片铣刀进行金属切削时存在犁沟效应及粘合效应。 利用克希霍夫(Kirchhoff)弹性薄板小挠度理论,建立了薄板振动的微分方程,在此基础上推导出了中间有孔弹性薄圆板(锯片铣刀)固有频率计算公式,并用MATLAB对锯片铣刀的前三阶固有频率进行了理论计算。在此基础上,进行了锯片铣刀空转振动测试实验、多种切削参数振动测试实验,同时为降低锯片铣刀的横向振动设计了导向装置辅助支撑,进行了有无导向装置辅助支撑锯片铣刀切削实验。
超声波振动切削原理
超声波振动切削原理 一、超声波振动切削原理 超声振动切削，是使刀具以20-40KHz的频率，沿切削方向高速振动的一种特种切削技术。超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削，在一个振动周期中，刀具的有效切削时间很短，一个振动周期内绝大部分时间里刀具与工件切屑完全分离，刀具与工件切屑断续接触，切削热量大大减少，并且没有普通切削时的“让刀”现象。?利用这种振动切削，在普通机床上就可以进行精密加工，圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度，最高可达到接近零误差，使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。与高速硬切削相比，不需要过高的机床刚性，并且不破坏工件表面组织，在曲线轮廓零件的精加工中，可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工，可以节约高昂的数控磨床购置费用。 超声波振动切削用于各种难以磨削而对表面质量及精度要求较高的零件的精加工，具有很大的优越性。超声波振动切削装置由超声波发生器、换能器、变幅杆及刀具等四部分组成，由超声波发生器发出的高频电讯号经换能器转化为高频机械振动，再由变幅杆将振动的振幅放大并施加到道具上，一般将换能器与变幅杆组成的部件称为声学头。 二、超声振动切削的优势特点 1.切削力小，约为普通刀具切削力的1/3—1/10； 2.加工精度高； 3.切削温度低，工件保持室温状态； 4.不产生积屑瘤，工件变形小，没有毛刺； 5.粗糙度低，可接近理论粗糙度值； 6.被加工零件的“刚性化”，即与普通切削相比，相当于工件刚性提高；
7.加工过程稳定，有效消除颤振； 8.切削液的冷却，润滑作用提高； 9.刀具耐用度呈几倍到几十倍提高； 10.工件表面呈压应力状态，耐磨性、耐腐蚀性提高； 11.切削后的工件表面呈彩虹效果。 三、超声振动切削的应用范围 (一)难切削材料的加工 不锈钢、淬硬钢、高速钢、钛合金、高温合金、冷硬铸铁以及陶瓷、玻璃、石材等非金属材料，由于力学、物理、化学等特性而难以加工,如采用超声振动切削则可化难为易。 （二）难加工零件的切削加工 如易弯曲变形的细长轴类零件、小径深孔、薄壁零件、薄盘类零件与小径精密螺纹以及形状复杂、加工精度与表面质量要求又较高的零件。 (三)高精度、高表面质量工件的切削加工 (四)排屑、断屑比较困难的切削加工 四、超声振动切屑的应用领域 广泛应用于航空、航天、军工等领域。
超声波加工的应用
超声波加工的应用及发展前景 摘要：随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术向着高精度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展。因此，特种加工作为一个时代强音等上舞台，它就具备了上述特点。超声波加工是利用工具断面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。特别对于一些常规加工方式无法完成的或者加工精度无法达到要求的工件。目前经过几十年的发展，超声波加工技术已逐步成熟，并已在一些要求条件高、加工工艺复杂、精度要求高的领域逐步发展起来，相信随着技术的发展它的应用范围及领域会越来越广。 关键词：超声波；研究前沿；应用领域；超声加工的应用 引言：超声波随着技术的发展越来越为人们所应用，他通过自身的一些特性一步步奠定自己在切削、拉丝模、深小孔加工等的地位。特别在现代这个迅猛发展的社会它的地位越来越重要，我们应该加快它的发展速度，为我们所用。 超声波加工（USM）是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果，其中磨料的连续冲击是主要的。加工时在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到0.01～0.15mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多，但由于每秒钟打击16000次以上，所以仍存在一定的加工速度。 与此同时，悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新。 一、超声波加工的原理 1.1 超声波概述 “超声波”这个名词术语，用来描述频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波，通常是指频率高于16kHz以上的所有频率。超声波的上限频率范围主要是取
超声波旋转加工设备的详细介绍
超声波旋转加工设备的详细介绍 随着传统加工技术和高新技术的发展，超声波旋转加工技术的应用日益广泛，超声波旋转加工设备机理的研究日趋深入，随着技术的发展，对零件的加工精度、加工表面粗糙度和加工表面质量提出了很高的要求，因此使超声波旋转加工设备加工向精密与超精密加工方向发展是非常必要的,因此，越来越引起人们的重视而受到世界各国的瞩目。 一、超声波旋转加工设备的工作原理 超声波加工是利用工具端面做超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果，其中磨料的连续冲击是主要的。加工时，在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到0.01～0.15mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多，但由于每秒钟打击16000次以上，所以仍存在一定的加工速度。与此同时，悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新。 二、超声波旋转加工设备的特点 第一超声波旋转加工设备可以使切削力大幅度降低,使摩擦热减小、刀具寿命提高和已加工表面粗糙度值减少,即有以下特点:
1）在钻铣过程中,刀具前面不是始终与工件保持接触状态,而是处于有规律的接触、分离状态。 2）有规律的脉冲冲击切削力取代了连续切削力。 3）刀具(或工件)的有规律强迫振动取代了刀具和工件无规律的自激振动。 4）切削力大部分来自刀具(或工件)的振动,刀具(或工件)的运动仅是为了满足工件加工几何形状而设置的。 第二在振动钻铣中,因振动提高了实际的瞬间钻铣速度,并以动态冲击力作用于工件,使得局部变形减少、作用力集中、瞬间切削力增大。从而获得较大的波前切应力,有利于金属的塑性脆化，减小塑性变形,利于切削。在超硬材料的加工方面,这一优点更为突出。 第三超声钻铣设备，在超声波的作用下有利于刀具的冷却。刀具的高速振动对刀具的散热十分有利,同时由于刀具的前面周期性脱离工件,使得切削液更容易进入刀具和工件之间,也增加了系统的散热能力。 三、超声波钻铣设备的应用范围 超声钻铣设备可加工一些普通钻铣床加工不了的材料，难切削材料的加工。如不锈钢、淬硬钢、高速钢、钛合金、高温合金、冷硬铸铁以及陶瓷、玻璃、石材等非金属材料，由于力学、物理、化学等特性而难以加工的材料等。主要适用行业有航空、汽车零件、电极制作、电子、计算机等相关配件及医疗器材、光学仪器等紧密组件的制造加工业，是机械制造、模具、仪器、仪表、汽车等行业理想加工设备。
超声波加工在模具行业中的应用
超声波加工在模具行业中的应用 传统的机械加工技术对推动人类的进步和社会的发展起到了重大的作用。随着科学技术的迅速发展，新型工程材料不断涌现和被采用，工件的复杂程度以及加工精度的要求越来越高，对机械制造工艺技术提出了更高的要求。由于受刀具材料性能、结构、设备加工能力的限制，使用传统的切削加工方法很难完成，为了解决这些加工的难题，新型特种加工方法应运而生。 各种硬脆材料和硬脆复合材料很难用传统刀具进行加工,因而往往采用非传统的工艺方法进行加工,这些非传统工艺方法多数直接使用各种能量,如超声波加工和激光加工等。超声波加工始于1927年,几十年来,超声加工技术的发展迅速,在超声振动系统、超声复合加工等领域均有较广泛的研究和应用,尤其是在难加工材料领域解决了许多关键性的工艺问题,如玻璃、陶瓷、石英、金刚石、硅等,取得了良好的效果 一、超声波加工的系统构成:在工件和工具间加入磨料悬浮液,由超声波发生器产生超声振动波,经换能器转换成超声机械振动,使悬浮液中的磨粒不断地撞击加工表面,把硬而脆的被加工材料局部破坏而撞击下来。在工件表面瞬间正负交替的正压冲击波和负压空化作用下强化了加工过程。因此,超声波加工实质上是磨料的机械冲击与超声冲击及空化作用的综合结果。超声波加工系统由机床、超声波电源、超声振动系统、主轴旋转系统、主轴轴向进给系统、轴向力反馈保护系统等组成,其中超声振动系统是超声加工设备的核心部分,由换能器、变幅杆和工具头等部分组成。 下面将系统的各个部分分别介绍。 1．1 超声波换能器超声波换能器的作用是将高频电振动转变为机械振动。实现这种转变主要采用以下2种方法。 1)磁致伸缩法:某些铁磁体或铁氧化体在变化的磁场中,由于磁场的变化,其长度也发生变化的现象,称为磁致伸缩效应。磁致伸缩换能器因为具有较低的Q 值(Q是能量峰值的锐度) ,所以它能传递很宽的频率。这使变幅杆设计的灵活性增大,也使与变幅杆连接在一起的刀具允许在加工中磨损后可重磨。磁致伸缩换能器工作时会大量生热,产生较大的电能损失,且使电声转换效率降低。 2)压电效应法:利用压电晶片在外电场中随电场方向的改变而形变发生相反变化的压电效应原理,将高频电振动转变为机械振动的器件称为压电换能器。压电换能器电声转换效率高,不易有热量损失,不需要任何冷却措施,适应旋转操作,生产容易;但要加工0.1～1 GHz级的超高频超声波换能器是很困难,日本中村等提出用钛扩散、周期地形成自发极化反相区域,同时在表面配置叉指电极作成新型超高频超声换能器,可得到变换损失低于5.5dB、相对带宽为0.9的宽频带横波超声换能器。 1．2 变幅杆及工具:变幅杆的作用是将来自换能器的超声振幅由0.005 mm～0.01 mm放大至0.01mm～0.1 mm,以便进行超声波加工。变幅杆之所以能放大振幅,是由于通过其任一截面的振动能量是不变的(传播损耗不计) ,截面小的地方能量密度大,振动振幅也就越大。在进行大功率的超声加工及精密加工时,往往将变幅杆与工具设计制成一个整体;在进行小功率的超声加工及加工精度不高时,则将变幅杆与工具设计制成可拆卸式。目前,对超声变幅杆的研究和优化已广泛应用了CAD /CAM技术和有限元分析技术。如使用ANSYS软件对变幅杆进行优化:首先分析需要的所有数据(材料属性、频率范围等) ,定义结构的几何形状;然后求解,
超声振动磨削技术、
超声振动精密磨削技术的发展 1、引言 随着科学技术的进步，金属间化合物、工程陶瓷、石英、光学玻璃等硬脆材料以及各种增韧、增强的新型复合材料因其高硬度、耐磨损、耐高温、化学稳定性好、耐腐蚀等优点在航空航天、国防科技、生物工程、计算机工程等尖端领域中的应用日益广泛；但由于这些材料的脆硬特性，传统加工方法已不能满足对这些材料零件的精密加工要求，，因此有关其精密超精密磨削加工技术便成为世界各国研究的热点。超声振动精密磨削技术便是顺应这一需要而发展起来的技术之一。 超声振动磨削技术的基本原理为：由超声波发生器产生的高频电振荡信号（一般为16～25KHz）经超声换能器转换成超声频机械振动，超声振动振幅由变幅杆放大后驱动工具砂轮产生相应频率的振动，使刀具与工件之间形成周期性的切削。即工具砂轮在旋转磨削的同时做高频振动。 超声加工技术的经历了从传统超声波加工到旋转超声波加工的发展阶段，旋转式超声加工是在传统超声加工的工具上叠加了一个旋转运动。这种加工用水带走被去除的材料并冷却工具，不需要传统超声加工中的磨料悬浮液，因此，这种方法被广泛的运用于超声振动磨削加工中[6]。 2、超声振动磨削技术发展回顾 1927 年，R.W.Wood 和 A.L.Loomis 就发表了有关超声波加工的论文，超声加工首次提出。 1945 年L.Balamuth 就申请了关于超声加工的专利。 20 世纪 50～60 年代日本学者隈部淳一郎发表了许多对振动切削进行系统研究的论文，提出了振动切削理论，并成功实现了振动磨削等加工 [8] 。 1960 年左右，英国 Hawell 原子能研究中心的科学家发明了新的超声磨削复合加工方法。超声振动磨削加工在难加工材料和高精度零件的加工方面显示了很大的优越性。 1986 年日本学者石川健一受超声电机椭圆振动特性启发，首次提出了“椭圆振动
超声振动辅助钻削钛合金的机理和工艺研究
超声振动辅助钻削钛合金的机理和工艺研究 摘要：随着时代的发展，经济的增长，社会的进步，我国的综合国力逐渐提高，科学技术不断的改良、创新、进步，而这些改变随之而来的是我国的工业发展越来越迅速，以往的封建的旧的思想以及旧的技术、产品已近满足不了这个时代的需求，人们的生活水平不断提高，对于新兴的产品以及技术的需求越来越高，超声振动辅助钻削钛合金技术的发展就是其中之一. 关键词：超声振动辅助钻削钛合金技术；机理；用途；工艺研究 1.超声振动辅助钻削钛合金的机理 随着科技的进步，社会的发展，超声振动辅助钻削钛合金的应用越来越普遍，其的原理基础还是应用了超声波的特点，超声波具有的特点有： 特点1：超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。 特点2：超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。 特点3：超声与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应。（治疗） 超声振动辅助钻削在材料上的选择是很讲究的，超声振动辅助钻削在材料上选择钛合金的原因是因为钛合金的机械Q值高，机械损耗小，并且钛合金的机械强度大。所以用钛合金是比较好的。但因为钛合金的成本比铝、钢的成本要高，所以一般情况下，大部分的材料厂用铝，用钢也是可以，总的来说，这主要是更具看场合的需要来决定的。不仅如此，钛合金的材料还具有质轻高弹，超声波衰减小的特点，更重要的是，因为钛合金具有低密度、高比强度、弹性模量低、抗阻尼性能强的特点，所以，超声振动辅助钻削在材料上选择钛合金是十分合适的，硬质合金钢和钛合金的区别一个是硬度，一个是质地。钛合钢质地细腻而硬质合金坚硬却不细腻所以说在焊接时应该选用硬质合金钢，总的来说，超声振动辅助钻削在材料上的选择是十分重要的，选择钛合钢是十分合适的。 2.超声振动辅助钻削钛合金的工艺研究 如今，全球的发展十分迅速，尤其是中国，近几年，随着社会的进步，经济的增长，超声振动辅助钻削钛合金的工艺研究有了很大的进步，可以说，超声振动辅助钻削钛合金的技术近年来进入了一个全新的时期，可以说，超声振动辅助钻削钛合金的发展前景是光明的是明朗的，但是据专家人士分析，虽然最近几年超声振动辅助钻削钛合金技术有了很大的提升，但其技术与外国相比还是存在着许多差距的，其的发展还是不够稳定，不够成熟，还是有许多的问题需要我们解决的，下面，就像大家具体的介绍一下超声振动辅助钻削钛合金的工艺研究。