超聲波頻率振動對不銹鋼材料的銑削

超聲波頻率振動對不銹鋼材料的銑削

由于高工作強(qiáng)度和硬化趨勢，不銹鋼在高溫下具有很高的強(qiáng)度和低的主導(dǎo)系數(shù)，因此在切屑和刀之間的連接中存在嚴(yán)重的困難，是制造材料之一。特別是對于不銹鋼的精密孔,用切削的方法更難保證加工精度和表面質(zhì)量,因此生產(chǎn)上采用磨削方法。但磨削方法生產(chǎn)效率低,特別是對于小深孔的加工更為困難。采用超聲波激振刀具濕式鏜削不銹鋼效果十分理想,達(dá)到或超過了磨削效果。但是切削冷卻液的使用使生產(chǎn)成本增加,容易污染環(huán)境,不能滿足現(xiàn)代制造技術(shù)要求。本文利用脈沖力作用的分離型振動切削時的室溫化效果,在無冷卻液的條件下對不銹鋼進(jìn)行超聲振動鏜削,研究該種材料以車代磨的高效率精加工方法。1超聲研磨法f將超聲波能量通過聲學(xué)系統(tǒng)施加于鏜刀,使其以一定的頻率和振幅作圓周方向的扭轉(zhuǎn)振動。聲學(xué)系統(tǒng)安裝在C618K車床上構(gòu)成振動加工系統(tǒng)。由于刀具以v=ωacos(ωt)(ω=2πf)速度振動,形成了脈沖力作用的分離型振動切削機(jī)理,消除了普通切削過程中彈性擠壓振動,使切削過程變?yōu)槊}沖狀的有規(guī)律的斷續(xù)切削,切削力減小到普通切削的13～110,系統(tǒng)穩(wěn)定,剛性加強(qiáng)。試驗用超聲波發(fā)生器輸出功率0～500W,頻率16～23kHz,具有頻率自動跟蹤性能。刀具:鏜桿22mm×85mm;刀具材料:YM052;刀具角度:前角主偏角副偏角后角修光刃0.5mm。試驗:1Cr18Ni9Ti。系統(tǒng)振動狀態(tài):振動頻率f=20.8kHz,振幅A=0.012mm,水滴霧化。冷卻條件:干式切削。2超聲振動干法銑削加工特點(1)切屑形態(tài)盡管不使用冷卻潤滑液,超聲振動干式鏜削不銹鋼所獲得的切屑薄而長,圈與圈之間間距特別大,薄厚均勻一致,呈彈簧狀。切屑與刀具前刀面的接觸面十分光亮平滑。切屑有韌性,收縮變形小,不易折斷。測定切屑收縮系數(shù)ξ≈1。(2)加工表面狀態(tài)超聲波激振刀具干式鏜孔得到的表面類似于超精研表面,其上布滿均勻的網(wǎng)狀格紋。(3)消除自激振動,鏜削過程穩(wěn)定在鏜削過程中,刀桿懸伸較長,剛性差,但在主軸292rmin轉(zhuǎn)速下也能穩(wěn)定鏜孔。在整個切削過程中可以聽到“咯、咯”聲音,顯得切削很輕松。一旦關(guān)掉超聲波發(fā)生器,即使在轉(zhuǎn)速很低的情況下也會產(chǎn)生振動,使切削無法進(jìn)行?？梢姵曊駝痈墒界M孔,也具有切削過程穩(wěn)定效果。(4)積屑瘤和鱗刺消失在試驗條件下,切削速度在7～55mmin范圍內(nèi)始終沒有發(fā)現(xiàn)積屑瘤,刀刃十分光滑。加工表面沒有發(fā)現(xiàn)鱗刺。(5)切削溫度保持室溫在試驗過程中切屑沒有明顯溫升,用手拿不感覺灼手,超聲振動干式鏜孔切削熱很小。在試驗過程中刀具磨損十分緩慢,刀具刃口非常鋒利。3超聲激振刀具干法銑削不銹鋼的試驗2(1)加工精度對1Cr18Ni9Ti不銹鋼進(jìn)行超聲振動干式鏜孔。試件外徑70mm,鏜孔45mm×85mm,機(jī)床轉(zhuǎn)速213rmin,進(jìn)給量0.1mmr,單邊吃刀深度0.05mm。三個試件為一組,取其測量平均值,其結(jié)果為:圓度在0.003～0.006mm之間,圓柱度在0.003～0.006mm之間。試驗數(shù)據(jù)說明,超聲波激振刀具干式鏜削不銹鋼可以達(dá)到或超過磨削效果。(2)表面粗糙度在上述試驗中,用表面輪廓儀測量試件表面粗糙度,其結(jié)果為左右。數(shù)據(jù)說明超聲振動干式鏜孔達(dá)到或超過磨孔效果。(3)加工表面冷作硬化對上述試件加工表面進(jìn)行顯微硬度檢測,其硬化程度為45.2%。4超聲振動干燥劑的尺寸4.1切削速度對粗糙度的影響超聲振動干式鏜孔效果與切削速度有直接關(guān)系。圖1為圓度、圓柱度與切削速度的關(guān)系曲線,圖2為表面粗糙度與切削速度的關(guān)系曲線。試驗結(jié)果表明,當(dāng)切削速度達(dá)到某一值時,切削效果變差;而低于這個速度時,切削效果幾乎與切削速度無關(guān)。這個切削速度稱為臨界切削速度。因此,切削速度必須否則振動切削失去脈沖切削效果,加工精度和表面粗糙度接近普通切削。4.2試驗結(jié)果在刀具帶有修光刃的條件下,超聲波振動干式鏜孔效果與進(jìn)給量關(guān)系不大。圖3為圓度、圓柱度與進(jìn)給量的關(guān)系,圖4為表面粗糙度與切削速度的關(guān)系曲線。試驗結(jié)果表明,在試驗條件下加工效果與進(jìn)給量關(guān)系不大。這是由于脈沖狀的切削使切削力極大減小。在V≤vc3,且ωω0≥3時,系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài),完全克服了無效的、使表面質(zhì)量惡化的、雜亂的彈性振動,使切削加工得到理想化的表面。其中ω是刀具的激振角頻率,ω=2πf,ω0為系統(tǒng)的固有頻率。一般情況下ω0=2πf0(f0≤5000Hz),f=20kHz。顯然系統(tǒng)穩(wěn)定條件自然滿足。4.3超聲波振動法在超聲波發(fā)生器功率足夠,以保證不影響切削刃穩(wěn)定振動條件下,超聲波振動干式鏜孔效果與吃刀深度關(guān)系不大。圖5為圓度、圓柱度與吃刀深度的關(guān)系曲線,圖6為表面粗糙度與吃刀深度的關(guān)系曲線。超聲波振動干式鏜削是一種脈沖狀的斷續(xù)切削過程,切削力是普通切削的13～110,其值由在一個振動周期T內(nèi)的切削時間tc決定。因此,超聲波振動切削不像普通切削那樣隨著切削深度的增加,切削力也會顯著增加。從這一點看,超聲波振動鏜削比磨削有更高的加工效率。5超聲振動干法銑削不銹鋼的優(yōu)點(1)超聲振動干式鏜削與超聲振動濕式鏜削有相同切削機(jī)理,對不銹鋼進(jìn)行超聲振動干式鏜削無論加工精度還是表面粗糙度都可達(dá)到磨削效果;加工小深孔時甚至可以超過磨削效果。(2)采用超聲振動干式鏜削具有切削溫度室溫化效果,刀具磨損和熱影響小,與普通鏜削相比,切削冷卻液作用很微弱,