实验对超声振动辅助转向304奥氏体不锈钢

文摘

本研究的重点是实验分析的三维(3 d)工件加工的表面形貌和表面粗糙度随着超声振动辅助(UAT)相比传统(CT)。加工困难的挑战304奥氏体不锈钢(304年屁股)和高要求,加工表面质量和加工精度表示,从切削原理和处理技术,超声振动方法设计出一个加工的超声振动辅助系统(MS-UAT)。实验304年将屁股的工件进行使用和不使用设计MS-UAT超声振动,然后是3 d形态评价参数和用来描述和分析加工表面。实验结果表明,该工艺参数的UAT屁股304有明显影响的三维表面形貌和表面粗糙度加工工件,和各种工艺参数的适当选择,包括超声波振幅、加料速度、深度切割,切割速度,可以有效地提高加工表面质量,使UAT更好的加工效果比CT。

1。介绍

近几十年来,越来越要求的表面质量和加工精度在机械行业尖端产品和精密组件(1]。与此同时,新材料不断出现,和各种降低材料得到了广泛的应用在机械制造(2]。此外,工件的形状越来越复杂,精度和表面粗糙度的要求和一些特殊的要求也变得越来越高3]。鉴于上述情况,对加工技术提出更高的要求,因为传统的加工技术已经很难满足要求的处理2- - - - - -5]。

考虑到生产力,金属切削量,和加工质量,将过程仍然是一种广泛使用的加工方法(6- - - - - -8),以及一个经济实用的加工方式。CT技术,因为它通常是伴随着的问题包含大的切削力,切削温度高,和排屑困难在切割过程中,这些都可能导致严重的刀具磨损和寿命短,等等;因此加工的加工效率降低,成本增加。由于存在很大的局限性,CT难以满足加工要求。UAT提出了在这样的条件下,UAT进行了研究。

超声振动辅助加工是一个复合加工方法,结合超声振动与普通切割,具有较高的应用价值和加工降低材料(9,10]。UAT与周期振动方法添加到CT改变连续切割CT方法的机制。UAT,刀具和工件是定期分隔和联系,使切削速度的大小和方向周期性的改变,也使降低材料的UAT或降低流程更有效,由CT难以实现,导致切削力的减少11,12和切削温度的降低13,14),等等。所有的优秀UAT过程得到广泛关注的影响(11- - - - - -16]。

Babitsky et al。13,17UAT方法机采用航空材料。这是证明UAT方法表现更好低切削速度高频率、高振幅的振动。在研究了加工参数的影响在718年铬镍铁合金UAT, Nath和拉赫曼18)发现,超声振动切削机理受到三个重要参数:工具振动频率、振动振幅的工具,确定切削力和工件切削速度。帕蒂尔et al。14]研究Ti6Al4V的超声振动对加工的影响。表面粗糙度的研究表明,UAT低于CT,和UAT表面喷砂面与海星表面光泽的表面。Maurotto et al。11)开发和测试一种改进UAT设置的加工β钛铝合金,导致大量减少,相应的改进实现了切削力和加工表面质量的标本,而CT具有相同切削参数。

奥氏体不锈钢享有广泛使用在工业因其良好的力学性能;然而,它也被称为一个典型的降低材料导热系数低,积极反应,和短和芯片之间的接口工具,切削温度高、弹性模量小,等等。维韦卡南达et al。2,19)设计并分析了超声波振动工具使用有限元方法,研究了不锈钢的UAT和CT的区别,并发现UAT可以降低切削力和表面粗糙度比较CT和非常适合加工硬质材料(如不锈钢而维韦卡南达等人并没有详细的试验研究和分析。和一些文档中对奥氏体不锈钢的UAT既存的文档。奥氏体不锈钢加工的难度设计MS-UAT可以解决。

超声振动系统具有十分重要的意义在超声振动辅助加工20.,21]。超声振动系统的设计是否合理与否直接影响UAT的实际应用,这是至关重要的和紧急的研究理论的超声振动系统的设计和分析方法。为了进一步研究UAT,有必要研究MS-UAT深深保证很高的加工精度和质量。因此发达MS-UAT将改善和提高稳定性的处理设备,芯片打破和消除的影响,加工质量、刀具寿命,等等。

工件的加工表面质量不仅影响工作精度、连接强度、平滑的运动,密封性,耐磨性,以及各种机械产品的使用寿命,而且还关系到机器的噪声级工作。因此,它是至关重要的学习和解决问题的工件的表面形貌和表面粗糙度。合理评估批量生产的加工表面质量有现实意义和经济效益。随着各种测试技术的发展和数字处理技术,加工表面的3 d表征技术已经开发并展示了一个巨大的优势。本研究的目的是利用3 d形态评价参数来描述和分析加工表面。

本文设计了超声波振动系统和特殊夹具,用于对CA6140型车床,并设置MS-UAT。有限元法用于确定超声波角的参数,即它的长度和横截面积等等,当共振频率是20 kHz。后来,超声波角进行了优化设计。在同等条件下,应用建立MS-UAT UAT和CT试验,分别对比地分析三维表面形貌和加工工件的表面粗糙度。此外,超声波振幅的影响,加料速度,深度切割,切割速度对加工表面质量的UAT屁股304硬质合金涂层刀具进行了研究和分析。确保较高的加工精度和质量的基本要求是UAT生产发展和科学实验。调查将提供理论和实践的数据304年屁股UAT技术以及促进UAT的进一步发展和应用。

2。MS-UAT设计

UAT通常可以由振动方向分类如下:饲料(轴向)振动车削、纵向(切向)振动车削、横向(径向)振动转动,而复杂的振动(2 d)。图1显示的主要振动方向UAT (17,22]。

纵向(切向)振动将被选中,重量轻刀具(硬质合金刀具)中选择本研究;因此,它是不必要的衡量和确定超声切削刀具的位移和节点,这样就可以方便地使用。工具的同时,高度调整机构的鼻子设计简单,刀具容易被分解,和共振状态很容易设置。此外,纵向振动系统的特点是大振动功率传输和低振动能量损失。但是这个设备需要采用刚性固定超声波角和超声波角应该有相当大的刚度。

MS-UAT主要由两大部门,即机床和超声振动的设备。超声振动的设备包含超声振动系统,切割工具,和其他必要的组件。超声振动的设备可以使刀具获得一定的振幅对超声振动和修复超声振动系统和刀具在工具安装UAT成真。图2显示了MS-UAT的结构和工作原理图。

一个方法,CA6140型通用车床的车床转化成UAT通过安装设备通用车床上的超声振动,并进行研究。建立MS-UAT可以提炼成以下的工作部分:超声振动系统的设计,夹具(即。工具安装)超声振动系统的设计,安装MS-UAT的积分,等等。

2.1。超声振动系统的设计

超声振动系统将220/380 V交流电转换成超声频率电振荡信号功率和频率,分别为300 W,通过超声波发生器16赫兹,然后增加电信号超声换能器使它与相同的频率产生机械振动,这种振动放大了超声波角(23]。最终,相当大的机械振动的振幅上生成的刀具。超声振动系统主要由超声波发生器、超声波换能器、超声波角,如图3。

超声波发生器、超声波换能器的技术已经相对成熟,他们可以直接选择。在这项研究中,根据设计要求,2000 bdc类型超声波发生器和超声换能器由美国布兰森超声学公司了。2000年bdc式超声波发生器的基本参数是交流电源的工作电压200 ~ 240 V, 50赫兹的频率,输出功率1100 W, 20 kHz的频率输出。选中的超声换能器的压电传感器体积小,电声转换效率高、热值。特定频率的信号是由超声波发生器生成的,它可能是一个正弦信号或脉冲信号。特定频率的超声换能器的频率。超声波发生器产生的频率信号经过功率放大器,然后通过阻抗匹配,使符合超声换能器的输出阻抗,从而驱动超声换能器将电信号转换为机械振动。

的主要功能之一的超声波角超声振动系统的粒子位移或速度放大机械振动和超声能量集中在一个小区域。在UAT,刀具的振幅一般需要几十至几百微米,但是压电超声换能器的输出振幅是习惯性地只有4 ~ 10µm。因此,有必要连接传感器和超声波角放大机械振动的振幅。最后,振幅较大的超声振动转移到刀具,然后实现工件的UAT。由于超声波角MS-UAT的差异,需要定制设计符合实际加工需求和现有设备条件。

超声波角的设计被认为是由半波和无载,然后适当地调整在实际的应用程序。中使用的超声波角UAT upper-thicker和down-thinner金属杆,和大型的超声波角与超声波的超声换能器和小端角与刀架。设计了超声波角的模态分析是通过有限元分析仿真软件进行的。模态分析图表如图4。

所有的设计计算过程中超声波角是基于理论加强超声波角的半波和圆截面。加强超声波角有很大的应力集中,当截面突然被改变了。和接近小结束了超声波角、北极很容易形成断裂引起的疲劳发生;因此在这里,突然改变的地方是制成特定形态的转换部分。此外,为了减少能量损失,圆柱段具有相同直径的超声换能器超声的添加到输入端角和运送到大型结束了超声波角通过转换部分。

共振频率被定义为20 kHz, 45钢(密度= 7890公斤/米³,弹性模量= 209 GPa和泊松比= 0.269)和超声波角的材料选择。的维度和属性超声波角可以由以下方程: 在哪里毫米,毫米的超声波角直径是大端和小端,分别;= 5169 m / s是超声波角材料的纵向振动速度;= 13毫米的圆柱段长度超声波角;和超声波角的长度在大端和小端,分别;,,,,区域因素、波长共振频率、位移节点的长度,和超声波角的理论共振长度分别。

超声波角的实际长度由有限元法设计优化处理后139毫米。如图4共振频率的超声波角是20.067 kHz,近似理论设计要求。

2.2。夹具设计的超声振动系统和安装MS-UAT积分

建立MS-UAT机床需要设计专用夹具安装超声波振动系统。有严格要求的高度在设计工具的刀具。鼻子和工具最好有一个振幅值低于工件旋转的中心。当刀具振实,工具鼻子正是在工件旋转的中心。提供工具的鼻子是高于中心,刀具不能偏离工件振动时,和有一个高的侧脸之间的摩擦刀具和工件。它可能会导致几个现象,切削力增加,低频振荡马克,井然有序的、闪闪发亮的圆的加工表面。提供工具的鼻子是远低于工件旋转的中心,该工具的鼻子不是在工件的中心旋转刀具振实。将产生一些现象的道路工具鼻子增加和低频振荡马克,这是白色而不是闪亮的,圆的加工表面。当然,这是极其困难的工具刀具的鼻子适合低于一个振幅值,但更接近这个值,越好。

考虑超声波角和外部之间的整合问题在实际工作中,法兰的厚度3毫米和61毫米的外径是添加到位移节点(节点部分)的超声波角。模态分析图表的超声波角增加法兰结构如图5。从图中很明显,共振频率超声波角是20.075 kHz的时刻;也就是说,共振频率的超声波角几乎保持不变,没有法兰,符合设计要求。

此外,夹紧方法用于确保插入到超声波角是非常重要的为了获得最大振幅在工具提示。因此,超声波角和刀架的安装形式应还考虑在UAT的应用。的连接超声波角和刀具需要简单的机制,优越的可靠性、刀具变化方便,和超声能量传输效率,连接部分不给热或只给小热连续工作时,没有尖叫。在这项研究中,螺纹连接方法,螺纹孔和通孔制造小的超声波角和刀架,分别,一个特殊的螺杆设计,使刀架的超声波角系作为一个整体,采用。图6显示了连接的超声波角和格式工具持有人。

刀具也固定在刀架通过使用一个标准的高强度螺丝。图7显示工具架的模态分析图形与刀具安装。从图可以看出,刀架的共振频率和刀具是20.035 kHz,接近理论设计要求。和刀柄、刀具和声学头有相同的谐振频率。有大型工具持有人之间的阻尼系统和马车(交叉幻灯片)车床机在这种情况下;因此,很多共振峰可以同时抑制宽带随机振动和噪声的条件下,使发出的振动转变为热能,达到阻尼振动衰减。图8显示工具安装的结构。

关于MS-UAT的整体安装,安装工具安装和刀具。保证刀架垂直安装,如果没有,它会产生不均匀的压力,这将损坏刀具,然后不能达到可观的效果。刀具安装后,超声和超声换能器安装在转向角确保清洁的接触表面,以免影响波传播。设计MS-UAT纵向超声振动系统。和高频振动方向主要切削力方向。因此,它应保证超声换能器和超声的中心轴角垂直的水平面工具安装,即机床的水平面。前应该关掉电源信号线超声波发生器、超声波换能器连接以避免电击。超声波发生器顺利后,UAT开始。

UAT整个实验系统是由机床、超声波发生器、超声波换能器,超声波角、安装工具,刀具,等等。超声振动系统,刀具,加工单位图所示9。MS-UAT设计满足下列条件:当刀柄夹超声波角,它变成了一个共振系统与整个振动装置;在刀柄夹在超声波角、系统的振动频率保持不变。低机械损失的系统优势、大输出振幅,电力传输效率高,等等。

3所示。实验工作

3.1。工件和刀具

UAT测试在干燥条件下使用CA6140型车床进行超声振动。工件材料用于这个调查是0 cr18ni9、304不锈钢属于奥氏体结构。奥氏体不锈钢的化学成分主要是铬和镍。提出了淬火后奥氏体结构,其物理和力学性能有显著影响切削过程的特点。工件材料的物理和力学性能表中列出1。驴304的可加工性差(24,25),尤其是当刀具材料、切削刃几何,和加工条件不当,或者当机器刚性很差,304年艰难的可加工性的屁股更显著。

在实验中,工件直径33.5毫米,35毫米,分别和18毫米。采用三种不同的工件直径来获取不同的切削速度。没有直接的表面粗糙度之间的关系,通过分析车床的主轴速度调查,切割速度是用来进行实验分析。切割速度是一个点的瞬时速度的前沿刀具相对于等待处理表面在主运动方向。它是由以下关系: 在哪里工件直径和吗车床的主轴速度。切削速度和工件直径的转换关系计算公式是列在表上方2。

304年的屁股在加工过程中,加工硬化严重、切削力大、切削温度高,容易和刀具磨损,所以实现高效加工的屁股304应该选择刀具材料有良好的红硬性和耐磨性和应该使用合适的刀具角度和加工参数。304年降低特征的屁股,CCMT120404-HM YBM251式硬质合金涂层刀具硬度高,耐磨性优越受雇在这个实验中进行UAT实验。刀具的几何参数有显著影响加工质量和刀具寿命。CCMT120404-HM YBM251类型刀具几何图所示10和刀具的机械规格和特性表中列出3。

3.2。实验分析方法

工件的加工表面质量进行了直接和重大影响其可用性(如疲劳强度,耐腐蚀,耐磨,等等)(26- - - - - -28]。当两个工件相互摩擦,表面很快就压扁的峰会和严重磨损形成,从而影响工件的匹配特性。同时,粗糙表面的耐蚀性差与光滑表面相比,这可以归因于腐蚀性物质容易聚集在山谷和粗糙表面的裂缝以及逐步扩大其腐蚀作用。此外,在外力的作用下,粗糙的表面容易产生应力集中使微裂隙生成的工件表面,和工件的疲劳强度随之降低。

鉴于上述信息,加工表面质量主要是本文分析和加工工件的表面形貌和表面粗糙度测量加工表面质量进行了分析。但由于二维评价参数的不稳定性和有界性,3 d形态评价参数被用来评估波度和粗糙度和显示他们的优势的丰富信息和准确的评估29日]。因此,采用3 d形态评价参数来有效地描述了加工工件的表面性质。

粗糙度参数包括算术平均偏差、均方根偏差,10点高度,峰会的最大高度,最大深度的山谷。两个主要的粗糙度参数算术平均偏差和均方根偏差三维表面形貌的30.]。因此,粗糙度参数和关注的是在这项研究中。这是这两个参数采用极其准确。

粗糙度参数被定义为绝对表面粗糙的算术平均值偏离采样区域内的参考面(30.]。它是包含在几乎所有的3 d表面分析器,所以它被广泛用来评估众多机构的表面粗糙度。可以使用下列方程表示31日,32]: 粗糙度参数被定义为粗糙面离职的均方根值参考平面的表面采样区域内,相当于标准差在统计数据,所以它是一个理想的评价参数29日,30.]。可以使用下列方程计算(31日,32]: 在哪里是抵消距离采样点(参考面,抽样的正交投影面积参考面,每一个采样点之间的距离()和参考平面,和采样点的数量吗和方向,分别。

3.3。实验的细节

研究工艺参数主要包括超声振动参数和切削参数。超声振动参数包含超声波振幅和振动频率,和切削参数包含进给速率,深度切割,切割速度。在这个实验中,振动频率是固定在20 kHz。四个工艺参数和实验中使用的水平表中列出4。

理论的基础上加工表面的几何特性,超声振动的影响规律和机理参数和切削参数对加工表面质量分析研究,通过对比试验的表面形貌和表面粗糙度将屁股304有无超声振动。超声振幅的影响,加料速度,深度,和切割速度加工表面质量主要是分析了;因此,这些工艺参数之间的相互关系是有效控制。高质量和高效处理最终实现。

4所示。结果与讨论

表面形貌和表面粗糙度的重要指标的过程中测量加工表面质量。在这个实验中,MiCROMEASUR2类型3 d表面分析器还由法国制造公司,可进行非接触测量加工表面和有40000个数据扫描和取样均匀地在每个测量的准确度±0.01µ米,采用测量三维表面形貌和加工工件的表面粗糙度。0.2×0.2毫米²扫描区域选择加工表面测量三维表面形貌和表面粗糙度。所有的表面粗糙度值表列出来自UAT和CT5。

4.1。加工工件三维表面形貌的研究

加工工件表面形貌的形成与各种影响因素之间的相互作用在加工过程中,微貌和几何特征的不同刀具在工件表面留下的痕迹。表面形貌,这直接关系到工件的加工精度,是一个重要的角色对加工表面质量进行评估。加工工件的表面形貌对操作组件的性能不仅直接影响,而且对整个设备的工作性能有很大的影响。

作为一种特殊的加工方法,UAT采用高频率、低振幅的振动加工,使刀具和工件在切削过程中产生的影响效应。工件的加载速率是伟大的,和惯性效应的材料必须被考虑。的芯片去除影响切削力的作用下由断裂动力学研究方法。之前关于某点的裂纹,裂纹在该工具的鼻子在切割领域,造成的压力波速刀具的振动产生的影响大于刀具运动的速度。当芯片去除效果生成刀具移动到的位置之前,现场的内部压力已经达到了极限强度的材料使其裂纹的动态应力强度因子的作用。也就是说,当场发生裂纹萌生。提供有力量不断作用于下次裂纹萌生区,裂纹扩展可以意识到只有相对较小的力。因此,切削过程进行了非常小的切削力当插入到达这个位置。这是在UAT机加工表面的材料去除机理。

的材料去除机理和加工表面的形成机理在CT UAT都是不同的,这导致的加工表面质量是非常不同的,在CT。UAT分析在CT通过实验比较,同时304年屁股的工件的表面性质将不同超声振幅下实验分析。

以下4.4.1。分析UAT和CT的三维表面形貌

在同等条件下,设计MS-UAT受雇做实验和304年没有工件的超声振动的屁股。图11显示了工件后,不同区域代表UAT和CT的加工效果,分别。从图中很明显,有区别的加工表面UAT, CT。UAT枯燥但得到的工件表面光滑,和工件表面获得的CT是光明的。

超级动态三维显示系统应用于观察和拍摄工件表面,然后UAT的表面形貌和CT,放大了200倍,如图12。加工表面获得的CT图所示12(一个)和结果表明,深层牙印在表面均匀分布,也有许多不同色调的凹槽之间的牙印。图12 (b)表明在UAT加工表面的颗粒是复杂的。除了纵向的饲料标志,他们还与众多的横条纹交替,这轮状病毒网格形式。由于超声振动辅助作用,加工表面显示了一些振荡是类似于涟漪。的现象的深度加工表面不规则性提高,但它仍然存在。

加工工件的表面形貌测量的三维表面分析器如图13。根据图,观察到明显,表面微形貌和3 d表面地形UAT非常不同于那些在CT。从数据可以看出(13日)和13 (c)加工后,表面条纹通过CT非常不规则。除了牙印,刀具在加工表面形成的凹槽是离开了。凹槽的深度不同,有明显的凹槽之间的区别。如图所示的数据13 (b)和13 (d)施加超声振动车削,加工表面的沟槽缺陷明显减少。尽管谷物加工表面极其复杂,总体分布非常均匀的和定义良好的高峰和低谷,这是不同于CT与不规则表面。加工表面的切痕UAT浅,整个表面看起来光滑和对称的,外观变得凸、凹网格的形状。这一现象的原因是,添加超声波振动车削、刀具是在超声振动具有一定振幅和频率,这是不同于CT的空闲状态,所以刀具和工件的接触形式发生了变化。刀具和工件材料在UAT间歇接触状态。因此,它需要一段时间时,工件材料恢复经历弹性变形后剪切分裂。这可以减少材料的变形程度,材料变形所产生的热量减少,和切削温度降低,从而减少表面燃烧,并在切割过程中开裂的现象(33,34]。

密度分布的三维表面形貌的高度可以直观地反映表面高度和总体的概率分布的机械加工面高度方向,它有一个显著影响加工表面的润滑和接触性能。数据(14日)和14 (b)是表面的高度概率分布直方图的加工工件的三维表面形貌。直方图显示的大小比例的峰谷和表面粗糙度以及耐磨性。比较将有无超声振动切割影响,很明显的概率图的三维表面形貌的高度在6 ~ 11.24µ米在UAT CT比这大得多,这表明CT的表面粗糙度大于UAT。它表明,UAT优越的加工表面质量与CT比较。此外,数据14 (c)和14 (d)是平均剖面的三维表面形貌图像。从图可以看出,最大peak-to-valley高度加工工件三维表面形貌的UAT低于CT。

在切削过程中,刀具的切削刃虽然地面急剧和刀具的表面非常光滑,工件上的刀具留下清晰的划痕后抓,因为刀具刀尖圆弧半径和运动。加工表面的形成机理CT很简单,它主要是一系列平行留下牙印是刀具在工件表面划伤,刀具和工件的接触状态,和芯片飞从倾斜面,不能剪。芯片是长丝和包裹在工件旋转的工件表面,从而在工件表面留下一些划痕。当采用UAT,没有一系列简单的牙印加工表面,但留下划痕,这是刀具切削后留下的芯片。这可以解释为刀具的事实改变了切削方向随时和往复切削过程发生在振动切削周期,每个和每一个芯片可能由操作时刀具切断UAT施加。此外,由于刀具和工件的间歇接触,该材料具有一个临时救济过程中剪切分裂的过程。之前在切割过程中产生的微裂纹继续扩展,它已经被切断下刀具的切削过程。因此,扇贝留在表面的大小可以减少。

4.1.2。三维表面形貌的分析在不同超声振幅

为了研究超声振动的影响在304年屁股的加工效果,本文比较了不同超声波振幅下的区别将通过改变超声波振幅(分别地。,0µ米,15µ米,23µ米,30µm)研究超声波振幅的影响在三维表面形貌在相同的处理条件和环境。比较结果如图15和16。

从数据可以看出(15日)和(16日),当超声波振幅是0(也就是说超声振动不施加),它等于CT在这一时刻,工件表面的切痕深,切痕之间的空间是宽,表面凹凸不平,相当粗糙。从数据15 (b)和16 (b),当超声波振幅是15µm,工件表面相对均匀的切痕CT相比,作为一个整体,但部分隆起,标记,和小洞,这可以归因于工件本身的缺陷。从数据15 (c)和16 (c),当超声波振幅是23µm,工件表面的切痕的大小均匀,切痕浅,和两个切痕之间的空间很小,标志看起来精致均匀,表面是对称的和光滑的。从数据15 (d)和16 (d),它是观察到当超声波振幅是30µm,工件表面的纹理和切痕的大小不均匀,切痕非常深,宽两个切痕之间的空间,明显明显,加工表面是崎岖的。表面看起来非常模糊和粗糙。

基于分形几何理论,均方根波长三维表面的(获得的方向,4),如下所示(35]: 在哪里的均方根斜率值是3 d表面采样区域内,在角吗到正方向;表面是零级光谱的时刻,表示表面的高度差异;和第二表面光谱的时刻,表示斜率的变化在两个垂直方向(和测量轴);协会的斜率方差这两个方向。更合理的评估3 d的均方根波长随机表面的主要方向;也就是说, 在哪里之间的角线的主要方向和设在。假设表面波是一个正弦信号波的振幅和频率是,因此均方根波长可以通过上面的方程35]: 可以看到从上面的方程,对均方根振幅没有影响波长。如果插入的动作纯粹是在主方向,振幅不影响地形。然而,图(16日)等于CT和数字吗16 (b),16 (c),16 (d)属于UAT。由于超声振动的辅助性原则,把表面会展示一些振动是类似于涟漪。因此,三维表面形貌在UAT, CT是不同的。此外,对三维表面形貌在UAT,他们是相同的。但表面振动的高度是不同的振幅。

一般来说,当超声波振幅是23µm,切割效果优越与其他超声振幅相比,从实验数据获得表面粗糙度的值较小,但有一定的表面缺陷,因为其他因素的影响。加工表面质量可以得到优化切削参数(如加料速度、深度降低,切削速度)。

4.2。工艺参数对加工工件的表面粗糙度的影响

加工工件的表面粗糙度,对组件的可用性有很大的影响,反映了加工表面的不规则的微观高度。提供表面粗糙度是超大的,它可以减少强度、耐磨性和耐蚀性的组件和组件的外观也有很大的影响,测量的准确性。表面粗糙度的大小直接影响整个组件的工作性能和寿命。UAT,影响表面粗糙度的主要因素是超声波振幅、加料速度、深度切割,切割速度,等等。超声振幅的影响规律、饲料率、深度切割,切割速度等主要因素对工件表面粗糙度的屁股304实验分析得到优化的工艺参数组合。

4.2.1。准备超声振幅对表面粗糙度的影响

超声振幅的影响在加工工件的表面粗糙度UAT屁股304进行了研究。切削条件用于这些实验如下:= 0.08毫米/牧师,= 0.1毫米,= 22米/分钟= 15 ~ 30µ米或= 0 (CT)。表面粗糙度变化的关系曲线与超声波振幅图所示17。从图可以看出整个表面粗糙度的变化趋势和表面粗糙度基本上是相同的。表面粗糙度和表面粗糙度在UAT显示下降趋势随着超声振幅从15µ米至30µ米,但不是在某种程度上,超声振幅越小,表面粗糙度越大。当超声波振幅是23µm,表面粗糙度越小,这可以解释这一事实连续芯片获得此刻导致接口的轻微损伤和表面缺陷越少11,14,18]。

从超声振动运动学,尽管振动切削可以充分发挥效果和表面粗糙度有较大下降趋势,当超声波振幅增加,刀具的磨损减少,侧脸的熨烫效果被削弱时,超声波振幅增加(3,11,14,18]。因此,表面粗糙度的下降趋势并不显著增加超声波振幅,只能扮演一个角色在提高临界切削速度和加工效率。CT相比,当超声波振幅的范围是15 ~ 30µ米,表面粗糙度和表面粗糙度UAT低于CT。因此,施加超声振动和选择合适的超声振幅(如= 23µ米)有助于提高加工表面质量。

4.2.2。进给速率对表面粗糙度的影响

进给速率的影响对加工工件的表面粗糙度的屁股304年也无超声振动分析研究。使用切削条件是以下这一系列实验:= 0.08 ~ 0.2 mm /转速,= 0.1毫米,= 21 m / min= 23µ米或= 0 (CT)。图18显示了表面粗糙度的关系曲线与进给速率变化。从图如图所示,整个表面粗糙度的变化趋势表面粗糙度的基本上是一样的吗。表面粗糙度和表面粗糙度UAT增加随着饲料率从0.08到0.2毫米/牧师,然而,增加饲料利率从0.15到0.2毫米/牧师,表面粗糙度几乎不会改变。比较CT和UAT,当饲料率从0.08增加到0.2毫米/牧师,表面粗糙度和表面粗糙度UAT低于CT。

在加工过程中,在进给速率增加,芯片截止由每个刀的宽度增加,和芯片面积的增加使其放电的重大障碍。,会导致大量的芯片工具提示和加工表面之间的堆积。在这种情况下,更容易震动切割系统,切割后造成严重的表面缺陷。和更广泛的芯片,可变加工表面,这样严重的刀具和加工表面的划痕,不容易断裂。刀具的损坏可能进一步损害表面质量。所以在实际加工,选择较小的进给速率(如= 0.08毫米/牧师)可以保证加工表面质量。

4.2.3。切割深度对表面粗糙度的影响

削减的深度的影响在加工工件的表面粗糙度的屁股304年也无超声振动实验研究。以下切削条件用于这些测试:= 0.08毫米/牧师,= 0.05 ~ 0.2毫米,= 21 m / min= 23µ米或= 0 (CT)。图19显示表面粗糙度随深度变化的关系曲线。根据图表,可以看出整个表面粗糙度的变化趋势和表面粗糙度基本上是相同的。表面粗糙度和表面粗糙度在UAT随着深度的增加而增加从0.05减少到0.2毫米,而当深度削减从0.05增加到0.1毫米,表面粗糙度的变化幅度和表面粗糙度并不大。CT相比,表面粗糙度和表面粗糙度在UAT低于CT作为一个整体。

深度削减对加工表面质量的影响主要来自它对切削力的影响。增加深度削减使切削力增加。这可以使芯片和耙面临更严重的挤压和反应更强,从而使芯片容易水泥倾斜面的刀具组合形成优势。此外,大深度的减少可能会导致加工表面变形和更大的振动,等等。与增长的深度切割,加工工件的表面粗糙度增加。因此,在加工过程中,施加超声振动和选择合适的切割深度(例如,= 0.1毫米)有助于提高加工质量。

4.2.4。切削速度对表面粗糙度的影响

切削速度的影响在加工工件的表面粗糙度的屁股304年也无超声振动实验分析。以下这一系列测试:使用切削条件= 0.08毫米/牧师,= 0.1毫米,= 18 ~ 23 m / min,= 23µ米或= 0 (CT)。表面粗糙度与切削速度变化的关系曲线如图20.结果表明,整个表面粗糙度的变化趋势表面粗糙度的基本上是一样的吗。图20.进一步证明了表面粗糙度的普遍趋势和表面粗糙度UAT是先下降,然后随着切削速度的增加而增加,从18到23 m / min。图20.也说明了最好的表面粗糙度和表面粗糙度UAT得到使用切割速度的21米/分钟。当切削速度的范围是20 ~ 23 m / min,表面粗糙度和表面粗糙度在UAT低与CT相比。

当切削速度较低时,表面粗糙度较大。这可以归因于这样一个事实:刀具的作用时间单位面积扩展速度低,和加工表面的弹性值的增加使摩擦热增加,所以很容易组合优势和规模生产,经常和交变应力作用于加工表面,这就增加了刀具和加工表面之间的摩擦。当切削速度加快,材料塑性下降,加工表面的回弹度降低,侧脸和机械加工面之间的摩擦的影响是减少,和表面粗糙度明显降低。然而,切割速度加起来后21 m / min,切削热消散的条件较低,所以切割加工表面的热量积累,提高了摩擦和债券之间的侧脸和加工表面和表面粗糙度逐渐增加。当切削速度加起来一定价值,离解的刀具和工件的影响所产生的振动减弱,所以刀具的扩散磨损加剧;因此表面粗糙度增加,这样的过程UAT可能对CT边缘。换句话说,在加工工件的表面粗糙度,UAT得到一个最佳的切削速度范围。UAT的表面粗糙度是低于CT在此范围内,可以获得最好的表面质量。

为了进一步研究切削速度的影响在加工工件的表面粗糙度将超声振动,屁股的UAT测试304进行选择的切削条件。以下两组切削条件用于这些测试:(i)= 0.1毫米/牧师,= 0.1毫米,= 18 ~ 47米/分钟= 23µm;(2)= 0.1毫米/牧师,= 0.1毫米,= 22 ~ 47米/分钟= 15µm。图21展示了表面粗糙度与切削速度变化的关系曲线。根据图表,可以看出整个表面粗糙度的变化趋势和表面粗糙度基本上是相同的。对比图20.,表面粗糙度的变化趋势图21是先下降,然后随着切削速度的增加而增加,这图是一样的吗20.。但是,当表面粗糙度是最小的,切割速度改变的价值。从数据可以看出(21日)和21 (b),当进给速率和削减的深度保持不变,超声波振幅变化不影响切削速度的价值最好的表面粗糙度。如图20.当进给速率为0.08毫米/牧师,表面粗糙度的切削速度是最小的21米/分钟,而从图21当进给速率为0.1毫米/牧师,表面粗糙度的切削速度是最小的25米/分钟。

UAT可以减少的表面粗糙度明显通过选择合适的工艺参数。首先,由于刀具高频振动,产生一个巨大的加速速度切削方向,和极高的动能是聚集在工具提示,然后是工件材料立即删除。但是只有少量的材料在剪切带产生塑性变形。之前造成的裂缝开裂材料剪切带的扩展,刀具对工件卸力,从而减少表面撕裂的可能性。但材料,有时间产生弹性变形,得到刀具离开工件后略有回升。所以塑料撕裂和UAT机加工表面的变形都是小于CT。其次,刀具在加工表面有一定的熨烫效果而往复滑动在工件表面。在更高的温度,斑点状阴影,microtear,折叠,凸起,表面微裂纹在一定程度降低,甚至通过刀具的熨烫。随后,刀具和工件之间的连续接触不利于热损失过程中CT。大量的切割加工表面的热量聚集,从而严重烧伤。 But UAT changes the primary static contact between the cutting tool and the workpiece, and cutting turns into interrupted cutting. Therefore, UAT can improve the surface roughness of machined workpiece.

5。结论

在这项研究中,提出了详细的试验研究超声波振幅的影响,加料速度,深度降低,切削速度对加工表面质量的UAT屁股304与硬质合金涂层刀具。从这些实验结果是得出以下结论。(1)UAT的比较和CT的屁股304:有明显差异的加工工件的表面形貌。用CT,表面条纹很不规则,和各种沟槽挠的影子了,剩下刀具在工件表面。和凹槽之间有明显的区别。表面的颗粒在UAT复杂。谷物的总体布局是分布式的,和外观成为凸,凹网格的形状。和表面非常精致的CT相比,但加工表面的亮度低。(2)当超声波振幅是23µm, 304年UAT的表面形貌的屁股比其他超声振幅和CT。工件表面的切痕的大小分布,切痕浅,两个切痕之间的空间较小;然后看起来更加精致和表面查出率相对对称和流畅。从实验数据获得的表面粗糙度也较小。但有一个表面缺陷的其他因素的影响。加工表面质量可以得到优化切削参数。(3)在304年屁股UAT,很明显,工艺参数对加工工件的表面粗糙度的影响。在一定条件下,超声波振幅越小,表面粗糙度越大,表面粗糙度降低,然后增加超声波振幅的增长。表面粗糙度的进给速率和深度的增加而增加,然而,增加饲料利率从0.15到0.2毫米/牧师,表面粗糙度大约保持不变。表面粗糙度没有直接与车床的主轴转速,但切割速度有很大的影响。表面粗糙度的总体趋势是先下降,然后随着切削速度的增加而增加。(4)有一个最佳切削速度,使表面粗糙度在UAT最低304的屁股。最佳切削速度是变化无常的,它改变了进给速率和深度的改变,并与超声振幅无关。表面粗糙度是最佳的切割速度21 m / min的切削条件下= 0.08毫米/牧师,= 0.1毫米,= 23µ米,而当= 0.1毫米/牧师,= 0.1毫米,= 15µ米或= 23µm,获得最佳的表面粗糙度的切割速度25米/分钟。(5)可见,表面粗糙度在UAT相比优势在CT在适当的工艺参数选择在304年的屁股。UAT更可取的表面粗糙度比CT使用以下切削条件:(i)= 0.08毫米/牧师,= 0.1毫米,= 22米/分钟= 15 ~ 23µm;(2)= 0.08 ~ 0.2 mm /转速,= 0.1毫米,= 21 m / min= 23µm;(3)= 0.08毫米/牧师,= 0.05 ~ 0.2毫米,= 21 m / min= 23µm;(iv)= 0.08毫米/牧师,= 0.1毫米,= 20 ~ 23 m / min= 23µm。(6)当工艺参数选择合理的UAT屁股304,可以显著降低表面粗糙度,表面形貌也被提升。合适的表面形貌和表面粗糙度可以使用获得的切削条件= 23µ米,= 0.08毫米/牧师,= 0.05毫米或= 0.1毫米,= 21 m / min,和工件的加工表面质量可以满足功能需求的工程应用的可用性。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

1. s . j ., s, s . j . Wang z和w·朱”回顾在超精密加工表面粗糙度的一代,”国际机床制造杂志》上卷,91年,第95 - 76页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. k维韦卡南达,g . n . Arka和s . k . Sahoo”有限元分析和工艺参数优化的超声振动辅助(UVT),“Procedia材料科学》第六卷,第1914 - 1906页,2014年。视图:谷歌学术搜索
3. v . k . Astashev v . i Babitsky,超声过程和机器:动力、控制和应用施普林格,柏林,德国,2007年。
4. 诉Babitsky和诉Astashev超声辅助加工的非线性动力学和控制”,振动与控制杂志》上,13卷,不。5,441 - 460年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. n .艾哈迈德·a . v . Mitrofanov诉Babitsky,诉诉Silberschmidt,“在超声辅助车削力的分析杂志的声音和振动,卷308,不。3 - 5,845 - 854年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 诉Ostasevicius, r . Gaidys j . Rimkeviciene, r . Dauksevicius”的方法基于工具模式控制表面粗糙度降低高频振动切削,”杂志的声音和振动,卷329,不。23日,第4879 - 4866页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. v . p . Astakhov现代加工技术实用手册:转动,英国剑桥,瑞斯出版有限公司,2011年。
8. l . Abhang和m . Hameedullah en-31钢车削过程的参数调查。”Procedia材料科学》第六卷,第1523 - 1516页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. t . b .那些,d . k . Aspinwall和m . l . h .明智的,”综述超声加工”,国际机床制造杂志》上,38卷,不。4、239 - 255年,1998页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. g .是的,h·w·秦,s c·杨和y . w .徐,旋转超声加工机理的分析,“材料加工技术杂志》上,卷129,不。1 - 3、182 - 185年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. a . Maurotto r·默罕默德a·罗伊诉诉Silberschmidt”,增强超声辅助车削的β钛铝合金。”超声学,53卷,不。7,1242 - 1250年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. r·默罕默德·m·s·侯赛因,a . Maurotto c .切换波段),a·罗伊,诉诉Silberschmidt免费加工分析α+β使用常规和超声辅助车削钛合金,”材料加工技术杂志》上,卷214,不。4、906 - 915年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. 诉Babitsky, a . v . Mitrofanov,诉诉Silberschmidt“航空材料的超声辅助车削:模拟和实验研究中,“超声学,42卷,不。1 - 9,81 - 86年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. 帕蒂尔,乔希,a特瓦芮,s . s . Joshi”造型和仿真Ti6Al4V超声波振动对加工的影响,“超声学,54卷,不。2、694 - 705年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. g·a·罗蒙v . a . Bratov a . a . Gruzdkov诉Babitsky, y v彼得罗夫,诉诉Silberschmidt,“能源分析超声辅助车削、”冲击和振动,18卷,不。1 - 2、333 - 341年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. m . Khajehzadeh m . Akhlaghi和m . r . Razfar”有限元仿真和实验的调查工具在超声辅助车削温度使用碳化multicoated插入航空铝,”国际先进制造技术杂志》上,卷75,不。5 - 8,1163 - 1175年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. 诉Babitsky, a . n .卡拉什尼科夫冲锋枪,草地,和a·a·h·p·Wijesundara“航空材料的超声辅助车削,”材料加工技术杂志》上,卷132,不。1 - 3、157 - 167年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. c·纳和m·拉赫曼在超声振动切削加工参数的影响国际期刊的机床和制造,48卷,不。9日,第974 - 965页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. k维韦卡南达,g . n . Arka和s . k . Sahoo“超声波振动设计与分析工具(UVT)使用有限元法,和试验研究超声波vibration-assisted (UAT)”Procedia工程卷,97年,第1186 - 1178页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. K.-L。郭”,超声振动系统设计和分析工具,”中国有色金属协会的事务补充1卷。19日,pp. s225-s231, 2009。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. 问:冯,c . z . Ren, z . j .贝聿铭复合材料加工技术原则和实践:超声波Vibration-Assisted (a)复合材料的加工,Wood-Head出版有限公司,英国剑桥,2012年。
22. n .艾哈迈德·a . v . Mitrofanov诉Babitsky,诉诉Silberschmidt,“分析材料对超声振动加载在718年将铬镍铁合金,”材料科学与工程:一个,卷424,不。1 - 2、318 - 325年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. y s, p .邹x l·杨和y,他“超声辅助加工,研究超声波发生器”先进材料的研究卷,797年,第325 - 320页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. m·a·Xavior和m . Adithan”确定切削液对刀具磨损的影响和表面粗糙度符合美国钢铁协会的304奥氏体不锈钢的,”材料加工技术杂志》上,卷209,不。2、900 - 909年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. m . Nalbant和y Yildiz低温冷却效果符合美国钢铁协会的304不锈钢在铣削过程中,“中国有色金属协会的事务,21卷,不。1,第79 - 72页,2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. 诉我Babitsky, a . n .卡拉什尼科夫冲锋枪,f . v . Molodtsov“Autoresonant超声辅助切削的控制权,”机电一体化,14卷,不。1,第114 - 91页,2004。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. m . b . g . 6月美国s Joshi r . e . DeVor和s . g . Kapoor”的实验评价atomization-based微加工,切削液的应用系统”制造科学与工程杂志》上,卷130,不。3、181 - 188年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. h . Aouici m . a . Yallese a . Belbah m f,去寻找更多和m . Elbah”的试验研究切削参数对切削力和表面粗糙度的影响很难把X38CrMoV5-1 CBN工具,”成就法,38卷,不。3、429 - 445年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. 曹x、b .林y王,王,“影响金刚石砂轮磨削过程的表面micro-topography SiO和属性₂/ SiO₂复合。”应用表面科学卷,292年,第189 - 181页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. r . A . Waikar和y . b .郭”,全面描述三维表面形貌引起的硬车削和磨削,”材料加工技术杂志》上,卷197,不。1 - 3、189 - 199年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. r·k·库马尔,s . Seetharamu和m . Kamaraj”定量评价的三维表面粗糙度参数在空化暴露16 cr-5ni水轮机钢铁、”穿,卷320,不。1 - 24,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. m . Arvinth达芬奇:l . Parthasarathi博拉,和s . k . Albert“跟踪速度和广度对粗糙度的影响参数由手写笔输入设备,“测量,48卷,不。1,第377 - 368页,2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. l .杨研究超声振动精密切削塑性材料[博士。论文)机电工程学院,机械制造与自动化学院,哈尔滨工业大学,2007。
34. z . m .周不锈钢精密研究了天然金刚石工具(博士。论文)机械工程学院,机械电子工程学院,大连理工大学,2010。
35. C.-G。李董,和G.-X。张,“均方根波长评价加工三维表面形貌,”穿,卷232,不。1,第83 - 76页,1999。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2015平邹等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。