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难加工材料（TC4）超声振动镗削技术的研究

难加工材料（TC4）超声振动镗削技术的研究

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作者：路丹妮西安石油大学

学位级别：硕士

随着特殊材料越来越广泛的应用,用传统的镗削方法对其进行加工时,其加工过程中出现的不利现象得到了人们的广泛关注。超声振动加工技术是自20世纪50年代以来被研究人员逐步发展的一种新型加工方法,具有能大幅度地提高加工速度、提高加... 详细信息

随着特殊材料越来越广泛的应用,用传统的镗削方法对其进行加工时,其加工过程中出现的不利现象得到了人们的广泛关注。超声振动加工技术是自20世纪50年代以来被研究人员逐步发展的一种新型加工方法,具有能大幅度地提高加工速度、提高加工质量等优势。因此本课题针对TC4进行超声振动镗削技术开展研究,为难加工材料内孔加工提供一种经济适用的方法,提高难加工材料孔加工生产率及孔加工质量。本研究首先从超声振动镗削的切削原理入手,建立了普通镗削、单一纵向振动镗削与复合超声振动镗削的刀尖轨迹方程,并利用MATLAB进行轨迹仿真;分析了超声振动镗削切削过程及其运动特性,对比了单一超声振动镗削与复合振动镗削切削过程中的异同,指出二者不同的分离特性、变切削角特性及空切削现象;研究了超声振动镗削对切削力的影响。基于上述研究,对超声振动镗削装置的声振系统进行了设计与仿真。首先,根据变幅杆基本理论设计出可实现单一纵振的振动传递系统,然后在系统末端加设特殊结构的筒状传振杆以实现纵扭复合振动,并初设其结构参数;接着用ANSYS对初设尺寸下的变幅杆进行模态仿真,研究传振杆长度、法兰盘厚度及斜槽各参数对振动传递系统谐振频率的影响规律并得到理想情况下最优尺寸;最后对最优尺寸下的振动传递系统进行模态分析及谐响应分析,并运用其后处理模块对数值模拟结果进行了图形及曲线描述,为超声镗削声振系统的结构设计和性能优化提供了理论依据。在有限元分析的基础上,对振动传递系统进行了试验研究。通过对不同参数下的传振杆进行反复的试验,确定了最终可用于实际加工的结构尺寸,得到的结果与有限元分析结果基本相符。接着对装配好的声振系统进行了振幅检测,证明设计系统可以用于试验加工,最后进行了镗刀及套筒的设计。利用自行制造的超声镗削装置对钛合金TC4进行了加工试验,对比分析了普通镗削加工、单一纵向振动镗削加工和纵扭复合振动镗削加工方法下的切削力与粗糙度。通过试验结果可知,在同等条件下,超声振动镗削可以有效的降低切削力和加工零件的表面粗糙度。

关键词：振动镗削超声波复合振动钛合金镗削斜槽筒状传振杆

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