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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、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能。由于晶體晶格的缺陷處產生超聲波吸收，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用
1．內螺紋加工
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)的內螺紋。
2．用金剛石工具超聲加工脆性材料制品
當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。
超聲振動系統由換能器、變幅桿和工具頭等部分組成，是超聲設備的核心部分。在傳統應用中，超聲振動系統大都采用一維縱向振動方式，并按“全調諧”方式工作。但近年來，機床配件隨著超聲技術基礎研究的進展和在不同領域實際應用的特殊需要，對振動系統的工作方式和設計計算、振動方式及其應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，其切削刀具安裝在半波長換能振動系統細端，該振動系統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，機床配件結構簡單，剛性增強。
日本還研制成一種新型“縱-彎”型振動系統，并已在手持式超聲復合振動研磨機上成功應用。該系統壓電換能器也采用半圓形壓電陶瓷片產生“縱-彎”型復合振動。
日本金澤工業(yè)學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。將金剛石中心鉆的超聲振動與工件的低頻振動相結合，機床制造了一臺組合振動鉆孔設備，該設備能檢測鉆孔力的變化以及鉆孔精度和孔的表面質量，并用該組合設備在不同的振動條件下進行了一系列實驗。實驗結果表明，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合是加工硬脆材料的一種有效方法。
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