超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的機(jī)理和工藝研究

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的增長，社會(huì)的進(jìn)步，我國的綜合國力逐漸提高，科學(xué)技術(shù)不斷的改良、創(chuàng)新、進(jìn)步，而這些改變隨之而來的是我國的工業(yè)發(fā)展越來越迅速，以往的封建的舊的思想以及舊的技術(shù)、產(chǎn)品已近滿足不了這個(gè)時(shí)代的需求，人們的生活水平不斷提高，對于新興的產(chǎn)品以及技術(shù)的需求越來越高，超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金技術(shù)的發(fā)展就是其中之一.

關(guān)鍵詞：超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金技術(shù)； 機(jī)理； 用途； 工藝研究

1.超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的機(jī)理

隨著科技的進(jìn)步，社會(huì)的發(fā)展，超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的應(yīng)用越來越普遍，其的原理基礎(chǔ)還是應(yīng)用了超聲波的特點(diǎn)，超聲波具有的特點(diǎn)有：

特點(diǎn)1：超聲波在傳播時(shí)，方向性強(qiáng)，能量易于集中。

特點(diǎn)2：超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離。

特點(diǎn)3：超聲與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息（診斷或?qū)髀暶劫|(zhì)產(chǎn)生效應(yīng)。（治療）

超聲振動(dòng)輔助鉆削在材料上的選擇是很講究的，超聲振動(dòng)輔助鉆削在材料上選擇鈦合金的原因是因?yàn)殁伜辖鸬臋C(jī)械Q值高，機(jī)械損耗小，并且鈦合金的機(jī)械強(qiáng)度大。所以用鈦合金是比較好的。但因?yàn)殁伜辖鸬某杀颈蠕X、鋼的成本要高，所以一般情況下，大部分的材料廠用鋁，用鋼也是可以，總的來說，這主要是更具看場合的需要來決定的。不僅如此，鈦合金的材料還具有質(zhì)輕高彈，超聲波衰減小的特點(diǎn)，更重要的是，因?yàn)殁伜辖鹁哂械兔芏?、高比?qiáng)度、彈性模量低、抗阻尼性能強(qiáng)的特點(diǎn)，所以，超聲振動(dòng)輔助鉆削在材料上選擇鈦合金是十分合適的，硬質(zhì)合金鋼和鈦合金的區(qū)別一個(gè)是硬度，一個(gè)是質(zhì)地。鈦合鋼質(zhì)地細(xì)膩而硬質(zhì)合金堅(jiān)硬卻不細(xì)膩所以說在焊接時(shí)應(yīng)該選用硬質(zhì)合金鋼，總的來說，超聲振動(dòng)輔助鉆削在材料上的選擇是十分重要的，選擇鈦合鋼是十分合適的。

2.超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的工藝研究

如今，全球的發(fā)展十分迅速，尤其是中國，近幾年，隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的增長，超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的工藝研究有了很大的進(jìn)步，可以說，超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的技術(shù)近年來進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期，可以說，超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的發(fā)展前景是光明的是明朗的，但是據(jù)專家人士分析，雖然最近幾年超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金技術(shù)有了很大的提升，但其技術(shù)與外國相比還是存在著許多差距的，其的發(fā)展還是不夠穩(wěn)定，不夠成熟，還是有許多的問題需要我們解決的，下面，就像大家具體的介紹一下超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的工藝研究。

超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的工藝設(shè)計(jì)的加工方法作為非傳統(tǒng)的加工方法，超聲振動(dòng)輔助鉆削（UVAD），又稱超聲振動(dòng)鉆削，是建立在振動(dòng)理論和切削理論等基礎(chǔ)上的新穎的鉆削加工方法，屬于振動(dòng)切削的一個(gè)分支。超聲振動(dòng)鉆削改變了傳統(tǒng)鉆削的切削機(jī)理，在小孔和深孔加工方面，具有不可替代的優(yōu)勢。大量的理論和試驗(yàn)表明超聲振動(dòng)鉆削的斷屑排屑效果、加工質(zhì)量、刀具壽命等都有較大的改善和提高。

超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的工藝設(shè)計(jì)與以往相比有了很大的提高，具體地說有：

2.1.建立了普通鉆削和超聲振動(dòng)鉆削的數(shù)學(xué)模型和有限元模型，通過理論分析和仿真試驗(yàn)得出，超聲振動(dòng)能夠降低摩擦力，減小軸向切削力和扭矩，對比普通鉆削，超聲振動(dòng)鉆削加工AISI-Al2024、AISI-1045平均軸向力同比下降33%、17%，扭矩同比下降33%、26%，超聲振動(dòng)鉆削加工Ti6Al4V最大軸向力和扭矩分別下降50%、44%。仿真模擬并試驗(yàn)驗(yàn)證了，施加在刀具上的超聲振動(dòng)產(chǎn)生的熱量無法快速擴(kuò)散，導(dǎo)致超聲振動(dòng)鉆削加工時(shí)刀具溫度較高的主要原因。

2.2.建立了超聲振動(dòng)鉆削加工系統(tǒng)。通過調(diào)研比較，對發(fā)生器、換能器和調(diào)幅器進(jìn)行了選型；基于理論計(jì)算出刀桿尺寸，用ANSYS有限元軟件進(jìn)行了模態(tài)分析，確定了刀桿的振動(dòng)特性，即刀桿的固有頻率及振型，修正了理論計(jì)算尺寸，設(shè)計(jì)了半波長超聲振動(dòng)刀桿；為實(shí)現(xiàn)在普通車床上進(jìn)給，設(shè)計(jì)了刀架夾持裝置及相應(yīng)的零部件，建立了超聲振動(dòng)鉆削系統(tǒng)。 以AISI-Al2024、AISI-1045、Ti6Al4Mo為試驗(yàn)材料，進(jìn)行了普通鉆削和超聲振動(dòng)鉆削加工試驗(yàn)。超聲振動(dòng)鉆削的切屑碎且細(xì)，形狀規(guī)整，大切屑比普通鉆削螺旋度高，且厚度較??；普通鉆削的刀具磨損劇烈，甚至失效，而超聲振動(dòng)鉆削的刀具磨損量很小；超聲振動(dòng)鉆削加工得到的Ti6Al4Mo工件經(jīng)過電火花線切割后，表面較為光亮，粗糙度平均為1.3μm，小于普通鉆削的2.9μm，表面紋理也較為清晰。

超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的工藝設(shè)計(jì)對于超聲振動(dòng)輔助鉆削來說是十分重要的，并且其在超聲振動(dòng)輔助鉆削具有十分重要的地位，通過上文介紹的兩種方法，使用超聲振動(dòng)鉆削加工不僅能增強(qiáng)斷屑、排屑，還能延長刀具壽命，提高工件加工質(zhì)量，適合加工高硬度、難加工材料；但缺點(diǎn)也是顯而易見的，通過上述改良方法超聲振動(dòng)鉆削加工溫度增高，不僅如此，還會(huì)造成復(fù)雜工況下加工不穩(wěn)定的情況，但總的來說，還是優(yōu)點(diǎn)勝于缺點(diǎn)的。

3.總結(jié)：

超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的機(jī)理和工藝研究是當(dāng)今我國重要的話題與研究課題，近幾年，超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金技術(shù)有了很大的提升，但其技術(shù)與外國相比還是存在著許多差距的，其的發(fā)展還是不夠穩(wěn)定，不夠成熟，還是有許多的問題需要我們解決的，但總的來說隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的增長，超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的工藝研究有了很大的提升，并且超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的技術(shù)近年來進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期，可以說，超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的發(fā)展前景是光明的是明朗的，相信通過科研人員的共同努力，我國的超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的工藝設(shè)計(jì)會(huì)有一個(gè)全新的發(fā)展的。

參考文獻(xiàn)：[1]超聲振動(dòng)輔助鉆削鈦合金的機(jī)理和工藝研究 閆明鵬

作者簡介：

劉清榮（1977.8-），女， 蒙古族， 赤峰市翁牛特旗， 赤峰學(xué)院， 工學(xué)碩士， 講師， 從事難加工材料切削機(jī)理研究 難加工材料精密、高效加工 高錳鋼、 鈦合金、鎳基高溫合金 超聲波輔助加工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 畫法幾何（機(jī)械制圖）教學(xué)研究方法。