《现代机械制造工程幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代机械制造工程幻灯片（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、振动切削,张辉远,2,振动切削的发展背景,随着科学技术和工业生产的不断发展，对各种精密机械零件的加工精度和表面质量的要求越来越高；特别是随着机械制造行业的日益发展，对一些有着高效、高精、高难度加工需求的加工，再利用传统切削加工方法已很难满足，有时甚至无法加工。而振动切削技术就以其切削力小、切削热降低、工件表面质量提高、精度提高、切屑处理容易、刀具耐用度提高、加工稳定、生产效率高等优点，可以获得普通切削无法比拟的工艺效果，特别是在难加工材料的加工和普通材料的难加工工序的加工等领域，解决了许多关键性的工艺问题，并取得了良好的效果。,3,振动切削技术的概述,振动切削是一种特种切削加工方法，振动切削是
2、指在切削过程中给刀具或工件加上某种有规律的、可控的振动，从而改变加工机理的切削方法，是一种脉冲切削方法。,4,普通切削与振动切削,在普通切削中，切削时靠刀具与工件的相对运动来完成的。切屑与已加工表面的形成过程，本质上是工件材料受到刀具的挤压，产生弹性变形和塑性变形，使切屑与母体分离的过程。由于刀刃与被切削物接触处局部压力很大，从而使被切物分离。刀面则在切削的同时撑挤被切物，促进这种分离。普通切削中，伴随着切屑的形成，由于切屑与刀具之间的挤压和摩擦作用，将不可避免产生较大的切削力，较高的切削温度，使刀具磨损和产生切削振动等有害现象。,5,普通切削与振动切削,振动切削即通过在切削刀具上施加某种有规
3、律的可控的振动，使切削速度、切削深度产生周期性的改变，从而得到特殊的切削效果的方法。振动切削改变了工具和被加工材料之间的空间与时间存在条件，从而改变了加工机理，达到减小切削力、切削热，提高加工质量和效率的目的。,6,7,振动切削分类,振动切削按振动质量分为自激振动切削和强迫振动切削。自激振动切削是利用切削过程中产生的振动进行切削的。强迫振动切削是利用专门设置的振动装置，使刀具或工件产生某种有规律的可控振动进行切削的方法。 振动切削按刀具振动方向分为吃刀抗力方向、进给抗力方向和 主 切削力方向三种振动切削。 振动切削按所加频率不同可分为高频振动和低频振动。振动频率在200HZ以下的振动切削称为低
4、频振动切削 。高频振动切削又称为超声波振动切削，高频振动切削是指振动频率在16KHZ以上 。,8,9,振动切削加工的特点,切削力大大减小 刀具与切屑间摩擦因数只有传统切削的1/10，所以切削力可以减小到传统切削的1/21/10，塑性材料减小得更多。 切削温度明显降低 刀与切屑间接触出现间歇，切削热更难以传到切削区，易于冷却，所以平均切削温度降到与室温差不多，切屑不变色，用手摸不会烫手。 切削液的作用得到了充分发挥 超声波振动切削时会在切削液内产生“空化”作用，一方面使切削液均匀乳化，形成均匀一致的乳化液微粒；另一方面切削液微粒获得了很大能量更容易进入切削区，从而提高了切削液的效果。没有切削液时
5、空气冷却，在10-8s内刀具前刀面上就可形成单分子层氧化膜，从而减小了刀具与切屑间的摩擦。,10,普通切削时切屑形貌,超声振动切削时切屑形貌,11,振动切削加工的特点,可提高刀具使用寿命 可控制切屑的形状和大小，改善排屑状况 提高加工精度和表面质量 可提高已加工表面的耐磨性和耐蚀性,12,普通切削时刀具后刀面,超声波振动切削时刀具后刀面,13,工艺效果分析,瞬间切削力增大 根据连续弹性体动力分析理论，在普通切削中，切削力一直作用在工件上，使得周边的材料也参与抵抗变形，就使得切口处切削力降低。在振动切削中，材料的破坏过程与普通切削不同，它由每次冲击产生细微破坏而完成切削。在振动切削中，因振动提高
6、了实际的瞬间切削速度，并以动态冲击力作用于工件，使得局部变形减小，作用力集中，瞬间切削力增大。从而获得较大的波前剪应力，有利于金属的塑性脆化。减小塑性变形，利于切削。在超硬材料的加工方面，这一优点更为突出。 摩擦因数减小 振动切削可以是摩擦因数大大减小，因为振动可使相互接触材料间的静、动摩擦因数减小；振动切削可使切削液产生“空化”作用，使切削液充分发挥作用；此外，在无切削液作用的瞬间，前刀面生成了氧化膜，这同样可使摩擦因数减小。 剪切角增大 振动切削时，刀具冲击被切材料产生的裂纹深度比实际切削长度长度大得多，在刀具前方会产生裂纹形成偏角，从而使实际剪切角增大。,14,工艺效果分析,工件刚性化
7、当采用超声波振动切削时，整个系统的等效弹性系数比原系统弹性系数，在稳态切削条件下，一般增大310倍，所以我们可以看出采用振动切削能提高工件刚性。 应力和能量集中 超声波振动使切削力的能量集中在切削刃前方工件材料很小范围内，工件材料原始晶格结构变化很微小，因此加工表面质量好，加工硬化和加工变质层均很小。 相对静切削时间小 超声波振动切削时，在每个振动周期内只有短时间在切削，其余大部分时间里刀具与工件是分离的，所以振动切削的相对静切削时间短。 有利于冷却 刀具的高速振动对刀具的散热十分有利，同时由于刀具的前面周期性脱离工件，使得冷却液更容易进入刀具和工件之间，也增加了系统的散热能力。,15,振动切
8、削技术的应用,振动切削技术是在研究了切削加工本质的基础上所提出的一种精密加工方法，它弥补了普通切削加工的不足，但并不能完全取代普通切削加工而有一定的适用范围，主要有以下几个方面 ： 1.难切削材料加工。不锈钢、淬硬钢、高速钢、钛合金、高温合金、冷硬铸铁以及陶瓷、玻璃、石料等非金属材料由于机械、物理、化学等特性而难以加工，如采用超声振动切削则可化难为易。 2.难加工零件的切削加工 。如易弯曲变形的细长杆类零件，小径深孔，薄壁零件，薄盘类零件与小径精密螺纹以及形状复杂、加工精度与表面质量要求又较高的零件，用普通切削与磨削加工很困难，用振动切削，既可以提高加工质量，又可提高生产效率。,16,振动切削技术的应用,3.高精度，高表面质量工件的切削加工。 与普通切削相比，振动切削时切屑变形与切削力小，切削温度低，加工表面上不产生积屑瘤、鳞刺与表面微裂纹，再加上表面硬化程度较大，表面产生残余压应力，切削过程稳定，容易加工出高精度与高表面质量的工件。 4.排屑断屑比较困难的切削加工。钻孔、铰孔、攻丝、剖断、拉削等切削加工时，切屑往往处于半封闭或封闭状态，因而常不得不由于排屑断屑困难而降低切削用量，这时如果用振动切削则可比较顺利地解决排屑断屑问题而保证加工质量与提高生产效率。,17,谢谢！,
