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難加工材料機床切削過程的超聲強化

日期：2009年12月31　來源：沈陽第一機床廠　關(guān)鍵字：機床
    對于普通機械切削方法難以加工或加工性能差的高溫合金、鈦合金等，若在切削過程中對切削刀具施加小振幅(不大于3—5pom)的超聲振動，機床可使切削過程變得相對容易。
    (一)切削過程的影響因素
    超聲對切削過程的作用效果取決于諸多因素；超聲振幅和頻率大小及振動方向、機床配件工件材料和刀具材料的機械物理和熱物理性質(zhì)、加工時的切削用量等。從物理過程上看，超聲對塑性變形材料的作用在于提高晶體內(nèi)能。由于晶體晶格的缺陷處產(chǎn)生超聲波吸收，超聲大大地增加晶格位錯能量，激化位錯源。在加工過程中，同時施加靜的和高頻動載(超聲振動引起的)時，可使刀具與工件的接觸點發(fā)生微觀軟化，大大降低金屬塑性變形抗力，機床從而使刀具工作面摩擦特性和流變性質(zhì)發(fā)生變化，因而使切削過程變得容易。值得注意的是，機床配件在切削過程中對刀具施加超聲振動時，如果振幅超過特定值(如車削耐熱合金時，振幅大于51xm)，會使刀具耐用度下降，而且有可能導(dǎo)致加工表面硬化。利用這一特點，對工件進行表面超聲輾壓硬化處理。
    (二)切削過程超聲強化的應(yīng)用
    1．內(nèi)螺紋加工
    超聲振動切削特別適用于細薄切屑加工，因此常用在難加工材料上加工中、小尺寸(M1．4—M12)的內(nèi)螺紋。
    2．用金剛石工具超聲加工脆性材料制品
    當(dāng)采用自由磨粒進行超聲加工時，其加工深度及加工面積均受限制，若采用超聲振動的金剛石工具(如金屬粘接的金剛石管狀工具)，則可在脆性材料機床上鉆出深徑比超過100的孔。
    超聲振動系統(tǒng)由換能器、變幅桿和工具頭等部分組成，是超聲設(shè)備的核心部分。在傳統(tǒng)應(yīng)用中，超聲振動系統(tǒng)大都采用一維縱向振動方式，并按“全調(diào)諧”方式工作。但近年來，機床配件隨著超聲技術(shù)基礎(chǔ)研究的進展和在不同領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的特殊需要，對振動系統(tǒng)的工作方式和設(shè)計計算、振動方式及其應(yīng)用研究都取得了新的進展。
    日本研究成功一種半波長彎曲振動系統(tǒng)，其切削刀具安裝在半波長換能振動系統(tǒng)細端，該振動系統(tǒng)換能器的壓電陶瓷片采用半圓形，上下各兩片，組成上下兩個半圓形壓電換能器(壓電振子)，機床其特點是小型化，機床配件結(jié)構(gòu)簡單，剛性增強。
    日本還研制成一種新型“縱-彎”型振動系統(tǒng)，并已在手持式超聲復(fù)合振動研磨機上成功應(yīng)用。該系統(tǒng)壓電換能器也采用半圓形壓電陶瓷片產(chǎn)生“縱-彎”型復(fù)合振動。
    日本金澤工業(yè)學(xué)院的研究人員研制了加工硬脆材料的超聲低頻振動組合鉆孔系統(tǒng)。將金剛石中心鉆的超聲振動與工件的低頻振動相結(jié)合，機床制造了一臺組合振動鉆孔設(shè)備，該設(shè)備能檢測鉆孔力的變化以及鉆孔精度和孔的表面質(zhì)量，并用該組合設(shè)備在不同的振動條件下進行了一系列實驗。實驗結(jié)果表明，機床配件將金剛石中心鉆的超聲振動與工件的低頻振動相結(jié)合是加工硬脆材料的一種有效方法。

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