超聲振動(dòng)輔助銑削鈦合金工藝實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著航空航天工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)鈦合金材料的需求日益提高，傳統(tǒng)的切削工藝已經(jīng)難以實(shí)現(xiàn)鈦合金高效高質(zhì)加工。超聲振動(dòng)輔助加工是將超聲波信號(hào)引入到普通加工中，通過(guò)將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)再傳遞給工件或刀具，使其實(shí)現(xiàn)斷續(xù)切削的加工效果，從而減小加工過(guò)程中的切削力、切削溫度，改善加工效率，提高加工質(zhì)量。目前該技術(shù)在陶瓷等硬脆材料的加工中體現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但在鈦合金的銑削加工中應(yīng)用較少。因此，本文以TC4鈦合金為對(duì)象，開(kāi)展了超聲振動(dòng)輔助銑削實(shí)驗(yàn)。分析了超

2、聲振動(dòng)輔助作用和工藝參數(shù)對(duì)刀具磨損、銑削力以及表面完整性的影響規(guī)律。
　　首先，設(shè)計(jì)了超聲振動(dòng)輔助銑削鈦合金的刀具磨損實(shí)驗(yàn)，分析了銑削加工過(guò)程中刀具的磨損機(jī)理。通過(guò)對(duì)不同銑削時(shí)間下普通銑削和超聲振動(dòng)輔助銑削的刀具磨損形貌進(jìn)行觀察和分析，發(fā)現(xiàn)超聲振動(dòng)的輔助作用對(duì)加工過(guò)程中產(chǎn)生的刀具磨損有明顯的改善效果，并且能夠延長(zhǎng)刀具使用壽命。同時(shí)對(duì)比了兩種加工方式下的鈦合金切屑形貌，發(fā)現(xiàn)超聲振動(dòng)輔助銑削下的切屑微小細(xì)碎且呈均勻弧狀形態(tài)。
　

3、　其次，在不同的銑削參數(shù)下開(kāi)展了超聲振動(dòng)輔助銑削鈦合金的銑削力實(shí)驗(yàn)，分析隨著銑削參數(shù)的變化，超聲振動(dòng)作用對(duì)銑削力的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲振動(dòng)的輔助作用可降低鈦合金銑削過(guò)程中的最大銑削力和平均銑削力，并且在一定范圍內(nèi)，超聲電流越大，銑削力越小。兩種加工方式下的銑削力都隨主軸轉(zhuǎn)速的增加而減小;隨著進(jìn)給速度及切削深度的增加而增大，但超聲振動(dòng)的輔助使得銑削力增幅較為緩慢。此外，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立了超聲振動(dòng)輔助銑削鈦合金的銑削力指數(shù)預(yù)測(cè)模型，

4、并對(duì)鈦合金銑削加工參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，所建的指數(shù)模型預(yù)測(cè)精度以及穩(wěn)定性均相對(duì)較高;優(yōu)化后的銑削力明顯減小，優(yōu)化效果顯著。
　　最后，通過(guò)非接觸式3D形貌儀測(cè)量了不同加工參數(shù)下鈦合金的表面三維粗糙度。結(jié)果表明高頻的振動(dòng)沖擊作用使得鈦合金加工表面更加細(xì)微且均勻，主軸轉(zhuǎn)速的增加有利于降低表面粗糙度，而切削深度對(duì)表面粗糙度影響較小。利用體視顯微鏡對(duì)兩種加工方式在不同銑削深度下的棱邊質(zhì)量進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)超聲振動(dòng)輔助銑削加工后的棱邊質(zhì)量