超声振动微铣削硬脆材料加工机理研究

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1、河北工业大学硕士学位论文摘要硬脆材料以其优异的材料特性，在越来越多的科学领域得到广泛的应用。但是，由于其硬度高、脆性大，采用常规的加工方法很难实现复杂形状微零件的塑性域加工，因此硬脆材料的机械加工技术亟待进一步的发展。本文将硬脆材料微铣削与超声振动相结合，从理论的角度研究硬脆材料的塑性域加工机理；通过建立刀具的运动轨迹模型，研究沿进给方向和垂直于进给方向的两种超声振动对铣削过程的影响；将球头铣刀S刃、硬脆材料的去除方式和超声振动铣削相结合，建立超声振动辅助微铣削力学模型。此外，还利用自行研制的超声振动辅助微铣削实

2、验平台，进行传统微铣削和超声振动微铣削对比实验，研究超声振动对硬脆材料已加工表面质量和铣削力的影响。研究表明，沿进给方向的超声振动能够实现切削过程中刀具与工件的周期分离，从而有效地改变切削过程中瞬时切削厚度，并且高频的断续切削更有益于切屑的排出和降低切削温度，提高刀具的使用寿命。实验可知，加入超声振动辅助后，材料已加工表面上的崩碎现象减少。并且刀具的往复熨压作用有效地去除了刀具在材料表面留下的走刀痕迹，从而提高了表面加工质量。采用单因素分析法，对比各参数对已加工表面质量的影响，获得最佳加工参数组合。通过对比两种加

3、工方式所得平均铣削力发现，超声振动微铣削X、Y、Z三向分力和铣削合力均小于传统微铣削。从测力仪得到的铣削力波形看出，不仅各超声振动微铣削分力的峰值明显小于传统微铣削，而且铣削力随着振动频率出现周期性的减小现象，结果与理论研究一致。关键字：超声振动辅助微铣削硬脆材料表面质量铣削力I超声振动微铣削硬脆材料加工机理研究II河北工业大学硕士学位论文ABSTRACTWiththedevelopmentoftheaerospace,microelectronicsandlasertechnology,hardandbritt

4、lematerialswiththeirexcellentmaterialproperties,havebeenwidelyusedinmoreandmorefieldsofscience.Becauseofitshighhardnessandbrittleness,itisdifficulttorealizethemachiningofcomplicatedshapemicropartsinductileregimebytheconventionalmachiningmethod.Therefore,thepr

5、ecisionmachiningtechnologyofhardandbrittlematerialsneedsfurtherdevelopment.Inthisstudy,micro-millingofthehardandbrittlematerialsisaidedbyultrasonicvibration.Firstly,theprocessingmechanismofhardandbrittlematerialsintheplasticdomainisstudiedtheoretically.Then,t

6、hroughtheestablishmentoftooltrajectorymodel,theinfluenceofultrasonicvibrationdirectiononthemillingprocessisresearched.Finally,combiningthecuttingedgemodelofballendmillandtheremovalmannerofhardandbrittlematerialswiththeultrasonicvibration,theultrasonicvibratio

7、naidedmicromillingforcemodelisestablished.Inaddition,theexperimentalsystemofultrasonicvibrationmicro-millingisdevelopedtocompletetherelatedexperiments.Bycomparingtheexperimentalresultsofconventionalmillingandultrasonicvibrationmilling,theinfluenceofultrasonic

8、vibrationaidedmillingforthecuttingforceandmachinedsurfacequalityofthehardandbrittlematerialsisinvestigated.Itshowsthattheperiodicseparationbetweenthecutterandworkpieceinthecuttingprocessi