超聲振動(dòng)切削的發(fā)展現(xiàn)狀

1、超聲振動(dòng)切削的發(fā)展現(xiàn)狀關(guān)鍵詞：超聲 振動(dòng)切削 發(fā)展現(xiàn)狀 0 引言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種難加工的新材料和復(fù)合材料在工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛，特別是光學(xué)玻璃、人工晶體、工程陶瓷等硬脆性材料也得到了極為廣泛地應(yīng)用。由于材料的高硬度、高脆性和零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性給加工帶來了極大的困難，從而限制了新材料和新結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)展。超聲振動(dòng)切削技術(shù)具有獨(dú)特的切削原理和優(yōu)越的工藝效果。它可以明顯地提高加工表面質(zhì)量、加工精度和加工效率，特別是對(duì)工程陶瓷等硬脆難加工材料、有色金屬的精密加工具有獨(dú)特的優(yōu)越性，因而引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。 1 超聲振動(dòng)切削技術(shù) 超聲振動(dòng)切削是一種脈沖切削。振動(dòng)切削過程中，由于刀具

2、有規(guī)律的振動(dòng)，刀具和工件產(chǎn)生周期性的接觸與分離，使刀具在振動(dòng)的一個(gè)周期中的極短時(shí)間內(nèi)完成了切削，從而形成了脈沖切削的方式。超聲振動(dòng)切削的脈沖切削力的平均值要遠(yuǎn)小于普通切削，一般可減小到普通切削的1/31/10。振動(dòng)切削中，刀具在振動(dòng)源驅(qū)動(dòng)下周期性接觸、離開工件，切削液可充分進(jìn)入切削區(qū)，切削液使用效果得到提高，刀具的耐用度也得到了提高。同時(shí)，切屑容易順利排出，加工表面的耐磨性和耐腐蝕性得到提高。 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 振動(dòng)切削是一種新型的非傳統(tǒng)的特種切削加工方法，它是給刀具（或工件）以適當(dāng)?shù)姆较?、一定的頻率和振幅的振動(dòng)，以改善其切削功效的脈沖切削方法。與普通切削相比，振動(dòng)切削具有切削力小、切削熱降

3、低、工件表面質(zhì)量高、切屑處理容易、刀具耐用度提高、加工穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。 我國超聲加工技術(shù)的研究始于50年代末，60年代初，哈爾濱工業(yè)大學(xué)應(yīng)用超聲車削，加工了一批飛機(jī)上的鋁制細(xì)長軸，取得了良好的切削效果。1973年上海超聲波電子儀器廠研制成功CNM-2型超聲研磨機(jī)。1982年，上海鋼管廠、中國科學(xué)院聲學(xué)研究所及上海超聲波儀器廠研制成功超聲拉管設(shè)備，為我國超聲加工在金屬塑性加工中的應(yīng)用填補(bǔ)了空白。1983年10月，機(jī)械電子工業(yè)部科技司委托機(jī)械工藝師雜志編輯部在西安召開了我國第一次“振動(dòng)與切削專題討論會(huì)”，會(huì)議充分肯定了振動(dòng)切削在金屬切削中的重要地位。1985年，廣西大學(xué)、南京電影機(jī)械廠和南

4、京刃具廠聯(lián)合開發(fā)了我國第一臺(tái)“CZQ250A型超聲波振動(dòng)切削系統(tǒng)。同年，機(jī)械電子工業(yè)部第11研究所研制成功超聲旋轉(zhuǎn)加工機(jī)，在玻璃、陶瓷、YAG激光晶體等硬脆材料的鉆孔、套料、端銑、內(nèi)外圓磨削及螺紋加工中，取得了優(yōu)異的工藝效果，該機(jī)工作頻率722KHz，功率400W。加工晶體棒直徑3-10mm，加工精度：圓度0.005mm，圓柱度一般為0.03mm。該所還與航天部618研究所合作，采用超聲銑削加工方法，進(jìn)行了微晶玻璃零件高精度深小孔(1.6120mm)加工實(shí)驗(yàn)研究，取得良好的效果。加工精度：圓孔度0.005mm，圓柱度一般為0.030.04mm，最高河北工學(xué)院也研制了超聲旋轉(zhuǎn)加工裝置，對(duì)陶瓷、砷

5、玉等硬脆材料進(jìn)行了打孔試驗(yàn)。太原理工大學(xué)的秦華偉在導(dǎo)師軋剛的指導(dǎo)下進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)式超聲波加工機(jī)理的研究、清華大學(xué)的戴向國等在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，研制成功一臺(tái)新型的旋轉(zhuǎn)超聲加工機(jī)床，并對(duì)超聲加工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。采用燒結(jié)或鍍金剛石的先進(jìn)工具，既作超聲頻振動(dòng)，同時(shí)又繞本身軸線以10005000r/min的高速旋轉(zhuǎn)的超聲旋轉(zhuǎn)加工，比一般超聲波加工具有更高的生產(chǎn)效率和孔加工的深度，同時(shí)直線性好、尺寸精度高、工具磨損小，除可加工硬脆材料外，還可加工碳化鋼、二氧化鋼、二氧化鐵和硼環(huán)氧復(fù)合材料，以及不銹鋼與鈦合金疊層的材料等。 超聲振動(dòng)磨削已成為一種重要的加工技術(shù)，國內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)此也進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究

6、，但是，盡管目前超聲切削理論已比較成熟，但是由于砂輪表面隨機(jī)分布著大量形狀不規(guī)則的磨刃，因此簡(jiǎn)單的將超聲振動(dòng)切削理論應(yīng)用于超聲振動(dòng)磨削并不合適。而對(duì)振動(dòng)磨削的研究還是起步，超聲振動(dòng)磨削加工的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性進(jìn)行分析、超聲振動(dòng)磨削的加工機(jī)理、加工過程幾何參數(shù)及磨屑形成機(jī)理等的研究還不完善。 1992年，Prabhakertal D.和Haselkon M.在大量超聲銑、鉆加工材料去除率試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，給出預(yù)測(cè)材料去除率的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并?duì)各種加工因素及其交互作用對(duì)材料去除率的影響進(jìn)行了分析和討論。 工程陶瓷不同加工工藝的研究表明，超聲旋轉(zhuǎn)加工（RUM）在較低的加工壓力和較輕的表面損傷情況下，有較高的材料

7、去除率，是有潛力的加工方法。Tyrell也報(bào)道：使用超聲振動(dòng)，需要的加工壓力小于無超聲加工時(shí)的壓力。 最近，國外又出現(xiàn)了超聲旋轉(zhuǎn)面銑削技術(shù)，由于RUM鉆深小孔時(shí)，其加工面及碎片很難觀察，為了克服這個(gè)困難，采用面銑削方法加工陶瓷，用掃描電鏡觀察加工面和碎片。研究表明，陶瓷加工中，材料的去除機(jī)理包括塑性去除及脆性去除。在一些加工條件下，塑性去除占主要地位，在另一些加工條件下，脆性去除占主要地位；通過調(diào)整不同的加工參數(shù)，可以調(diào)整塑性去除及脆性去除的比例。 3 結(jié)論 大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，超聲振動(dòng)切削加工具有快速切削的特性，能有效地改變傳統(tǒng)加工的切削機(jī)制，具有獨(dú)特的加工工藝效果，如超聲振動(dòng)可大幅度減少切削力和切削熱、提高表面加工精度。提高我國超聲振動(dòng)切削加工