超聲波振動(dòng)鏜孔的試驗(yàn)研究

1超聲振動(dòng)銑孔加工工藝孔加工是一種封閉狀態(tài)下的加工。刀具直徑小,懸伸長(zhǎng),剛性差;切屑不易排出;切削冷卻液很難進(jìn)入加工區(qū),使孔加工,特別是高精度的深孔加工成為工藝上急需解決的難題。為探討高精度深孔加工,進(jìn)行了超聲波刀具在車床上鏜孔的試驗(yàn),即超聲波振動(dòng)鏜孔,達(dá)到了以車代磨,以車代研的效果。這項(xiàng)工藝可用于難加工材料及有色金屬的深孔加工。2超聲法試驗(yàn)是在C618K上進(jìn)行的。卸去車床刀架,將振動(dòng)刀具裝置安裝在車床溜板上的刀架處。加工時(shí)卡盤帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng),刀具在振動(dòng)的同時(shí),由縱向溜板帶動(dòng)進(jìn)給,完成對(duì)工件的鏜削加工。刀具沿主切削方向振動(dòng)是由扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)完成的。其系統(tǒng)組成如圖1所示。系統(tǒng)中磁致伸縮換能器將超聲波發(fā)生器電振蕩轉(zhuǎn)變成超聲波的機(jī)械振動(dòng),采用的兩只縱向磁致伸縮換能器沿扭振變幅桿的切向與之釬焊。當(dāng)縱向磁致伸縮換能器在扭振變幅桿的切向作縱向振動(dòng)時(shí),在扭振變幅桿的小端就輸出沿圓周方向的扭轉(zhuǎn)振動(dòng),鏜刀與扭振變幅桿之間采用莫氏錐及螺紋連接。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)按換能器的共振頻率設(shè)計(jì)。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)變幅桿在振動(dòng)節(jié)處固定在支座上,支座利用刀架的連接面固定在溜板上。由于刀具在切削過(guò)程中始終作圓周方向的振動(dòng),使切削過(guò)程變?yōu)槊}沖的斷續(xù)切削,從而改變切削過(guò)程的狀態(tài),獲得了理想的切削效果。試驗(yàn)用的超聲波發(fā)生器輸出功率0～2000W,頻率16～23kHz。刀具:鏜桿?12×152,?6×100,刀頭材料YW1硬質(zhì)合金。刀具角度:前角=γ0=00,主偏角Kr′=75°,副偏角Kr=5°,后角α=8°,修光刃0.8mm。試件材料:45號(hào)鋼,HB=180～220;45號(hào)鋼淬火HRC=44～47;鋁LY11CZ。冷卻條件:油壺間斷澆油。系統(tǒng)振動(dòng)狀態(tài):振動(dòng)頻率f=20.7kHz,刀具的振幅固定。3切割現(xiàn)象的觀察(1)切屑粗糙度的檢測(cè)超聲波振動(dòng)鏜孔所得到的切屑與普通鏜孔完全不同。普通鏜孔的切屑短而厚,圈與圈之間緊密,與刀具前刀面接觸的切屑表面粗糙度很差,切屑薄厚不均。超聲波振動(dòng)鏜孔時(shí)的切屑薄而長(zhǎng),有時(shí)呈帶狀,即使不成帶狀,切屑圈與圈之間間距大,薄厚均勻一致,切屑與刀具前刀面的接觸面十分光亮而平滑,切屑具有一定的韌性,不容易折斷。(2)超研磨表面的應(yīng)用超聲波振動(dòng)鏜孔表面狀態(tài)與普通鏜孔表面狀態(tài)完全不同,它所得到的表面類似于超精研表面,網(wǎng)狀格紋。將加工的試件孔對(duì)著光看,側(cè)壁會(huì)反射出七色光,將其對(duì)著字母,其字母在側(cè)壁清晰可見(jiàn)。(3)骨腫瘤和鱗狀骨在試驗(yàn)條件下,切削速度以3～32m/min,在這個(gè)速度范圍內(nèi),始終沒(méi)有發(fā)現(xiàn)積屑瘤,刀刃十分光滑,加工表面沒(méi)有鱗刺。(4)的鋼,還是切削hrc45的鋼?超聲波振動(dòng)鏜孔時(shí),無(wú)論是切削HB180～220的45號(hào)鋼,還是切削HRC45的45號(hào)淬火鋼,切屑可以用于拿,且感覺(jué)不到灼手,超聲波振動(dòng)鏜孔時(shí)產(chǎn)生的切削熱很小。4超聲波振動(dòng)槽的效果(1)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)45號(hào)鋼(HB=180～220),淬硬45號(hào)鋼(HRC45),鋁LY11CZ進(jìn)行超聲波振動(dòng)鏜孔。試件外徑?22×105,鏜孔?16×105,機(jī)床轉(zhuǎn)速度140r/min,進(jìn)給量0.12mm/r,切削深度單邊0.075mm。測(cè)量其圓度、圓柱度列于表1。由于在試驗(yàn)條件下,普通鏜孔無(wú)法進(jìn)行,不能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。從表中可以看出,加工深徑比大于5的孔,超聲波振動(dòng)鏜孔可以達(dá)到磨削和研磨的加工效果。(2)表面粗糙度在上述試驗(yàn)過(guò)程中,測(cè)量表面粗糙度列于表2中。表2表明,超聲波振動(dòng)鏜孔完全可以代替磨削和研磨。5超聲波振動(dòng)銑削表面粗糙度t超聲波振動(dòng)鏜孔與普通鏜孔的切削過(guò)程完全不同,超聲波振動(dòng)鏜孔由于刀具附加了振動(dòng),使普通鏜孔的連續(xù)切削成為斷續(xù)的脈沖切削,使工件材料被切除過(guò)程中擠壓刀具產(chǎn)生的刀具無(wú)規(guī)律的振動(dòng)消失。刀具與工件在切削過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)如圖2所示。工件以恒定的速度V轉(zhuǎn)動(dòng),刀具作頻率為f,振幅為α的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。當(dāng)?shù)毒呦蛳抡駝?dòng)時(shí),由于刀具的振動(dòng)速度V刀=ωαcosωt(ω=2πf)很大,V刀max=2πfα,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工件轉(zhuǎn)速V。因此,刀具脫離工件而不切削。當(dāng)?shù)毒呦蛏险駝?dòng)到某一點(diǎn)時(shí),刀具開始切削,而當(dāng)?shù)毒呦蛏险駝?dòng)達(dá)到最大振幅時(shí),振動(dòng)速度改變方向即與切削速度同向而脫離切削。因此,超聲波振動(dòng)鏜孔過(guò)程是刀具有規(guī)律的脈沖斷續(xù)切削過(guò)程,且每次振動(dòng)切削工件表面的長(zhǎng)度相等,其長(zhǎng)度為L(zhǎng)t=V/f。這樣在已加工表面由Lt和進(jìn)給量t構(gòu)成了格狀花紋。由于脈沖狀的斷續(xù)切削消除了工件擠壓刀具產(chǎn)生的無(wú)規(guī)律的彈性振動(dòng),使切削變?yōu)椤凹兦邢鳌?切屑變形極小。6超聲波振動(dòng)銑孔加工技術(shù)(1)超聲波振動(dòng)鏜孔的加工精度和表面質(zhì)量很高,可以達(dá)到磨孔及研孔的效果。特別適合于不能夠磨削的深小孔加工