钛合金径向超声振动铣削机理及表面质量研究

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1、学校代码：10406分类号：TG506.5学号：110080202002南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）钛合金径向超声振动铣削机理及表面质量研究硕士研究生：王顺钦导师：高延峰副教授申请学位级别：硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：航空制造工程学院答辩日期：2014年6月授予学位单位：南昌航空大学万方数据ThemechanismandsurfacequalitystudyofradialultrasonicvibrationmillingoftitaniumalloyADissertationSubmittedfortheDegre

2、eofMasterOnMechatronicEngineeringbyWangShunqinUndertheSupervisionofProf.GaoYanfengSchoolofAeronauticalManufacturingEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2014万方数据南昌航空大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是我个人在导师指导下，在南昌航空大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，论文中除已注明部分外不

3、包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确地说明并表示了谢意。本声明的法律结果将完全由本人承担。签名：日期：南昌航空大学硕士学位论文使用授权书本论文的研究成果归南昌航空大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解南昌航空大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《

4、中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）签名：导师签名：日期：万方数据摘要钛合金具有较高的比强度，优良的抗疲劳性和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天工业中。然而，钛合金材料热导差、弹性模量小、化学活性高，导致在加工过程中存在切削温度高、粘刀现象严重、机床容易发生颤振等问题，使其成为一种典型的难加工材料。超声振动辅助切削将超声波信号引入到普通切削中，使刀具和工件发生间断性接触，从而达到减小切削力、切削热，提高加工质量和效率的目的。但由于铣削过程的复杂性，超声振动辅助铣削的研究相对较少，而

5、且大多集中在轴向振动方面。为了探索径向超声振动铣削在钛合金加工中的可行性，本研究利用现有的设备，设计和组建了以工件为振动对象的钛合金径向超声振动铣削实验平台，对Ti-6Al-4V合金径向超声振动铣削机理和表面质量进行了研究。首先，通过理论计算和模态分析，确定了工件尺寸和共振频率。通过刀尖轨迹仿真，从运动学角度对振动铣削过程中刀-屑周期性分离的必要条件进行了研究。结果表明，切削速度小于振动速度的最大值，并且每齿进给量小于振幅的2倍是产生刀-屑分离的必要条件。其次，通过切削速度、进给量、切削深度、振动幅值的单因素实验，研究了普通铣削和径向超声

6、振动铣削两种加工方法下切削力的变化规律。研究结果表明，径向超声振动铣削可以在一定范围内降低切削力的平均值，减小波动，增加系统稳定性。在刀-屑分离的条件之内，随着切削速度、进给量、切削深度等的增加，径向超声振动铣削的切削力增加相对缓慢，切削力改善明显；在刀-屑分离条件之外，仍然有小幅度的改善，但是改善程度较弱。再次，研究了径向超声振动铣削条件下，工件表面粗糙度的变化规律。通过切削实验，分析了表面粗糙度Ra随切削速度、进给量、切削深度和振动幅值的变化关系，结果表明，径向超声振动铣削对因切削参数增加引起的工件表面粗糙度Ra的增加有改善作用，对进

7、给量增加引起的Ra的增加改善最为明显。最后，通过扫描电镜观察了工件和切屑微观形貌的变化。SEM分析表明，径向超声振动铣削对表面粗糙度的改善主要表现在划痕沟槽变浅且更加均匀、对材料的去除更加彻底。通过对切屑宏观形貌进行对比，发现切屑随振幅的增大而变均匀和碎小，更容易离开切削区，不易缠刀。通过理论和实验分析证明，超声振动铣削钛合金可以减小切削力，降低表面粗糙度，是一种切实可行的加工方法。关键词：钛合金，超声振动铣削，切削机理，切削力，表面粗糙度，微观形貌I万方数据ABSTRACTTitaniumalloyisakindofmaterialst

8、hatcommonlyusedinaviationandaerospacefields.Ithasavarietyofadvantagesperformance,suchassmalldens