超声振动切削的发展现状

1、超声振动切削的发展现状    关键词：超声 振动切削 发展现状 0 引言 随着科学技术的发展，各种难加工的新材料和复合材料在工业中的应用日益广泛，特别是光学玻璃、人工晶体、工程陶瓷等硬脆性材料也得到了极为广泛地应用。由于材料的高硬度、高脆性和零件结构的复杂性给加工带来了极大的困难，从而限制了新材料和新结构应用范围的进一步扩展。超声振动切削技术具有独特的切削原理和优越的工艺效果。它可以明显地提高加工表面质量、加工精度和加工效率，特别是对工程陶瓷等硬脆难加工材料、有色金属的精密加工具有独特的优越性，因而引起了国内外学者的广泛重视。 1 超声振动切削技术 超声

2、振动切削是一种脉冲切削。振动切削过程中，由于刀具有规律的振动，刀具和工件产生周期性的接触与分离，使刀具在振动的一个周期中的极短时间内完成了切削，从而形成了脉冲切削的方式。超声振动切削的脉冲切削力的平均值要远小于普通切削，一般可减小到普通切削的1/31/10。振动切削中，刀具在振动源驱动下周期性接触、离开工件，切削液可充分进入切削区，切削液使用效果得到提高，刀具的耐用度也得到了提高。同时，切屑容易顺利排出，加工表面的耐磨性和耐腐蚀性得到提高。 2 国内外研究现状 振动切削是一种新型的非传统的特种切削加工方法，它是给刀具（或工件）以适当的方向、一定的频率和振幅的振动，以改善其切削功效的脉冲切削方法

3、。与普通切削相比，振动切削具有切削力小、切削热降低、工件表面质量高、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。 我国超声加工技术的研究始于50年代末，60年代初，哈尔滨工业大学应用超声车削，加工了一批飞机上的铝制细长轴，取得了良好的切削效果。1973年上海超声波电子仪器厂研制成功CNM-2型超声研磨机。1982年，上海钢管厂、中国科学院声学研究所及上海超声波仪器厂研制成功超声拉管设备，为我国超声加工在金属塑性加工中的应用填补了空白。1983年10月，机械电子工业部科技司委托机械工艺师杂志编辑部在西安召开了我国第一次“振动与切削专题讨论会”，会议充分肯定了振动切削在金属切削中的重

4、要地位。1985年，广西大学、南京电影机械厂和南京刃具厂联合开发了我国第一台“CZQ250A型超声波振动切削系统。同年，机械电子工业部第11研究所研制成功超声旋转加工机，在玻璃、陶瓷、YAG激光晶体等硬脆材料的钻孔、套料、端铣、内外圆磨削及螺纹加工中，取得了优异的工艺效果，该机工作频率722KHz，功率400W。加工晶体棒直径3-10mm，加工精度：圆度<0.005mm，圆柱度一般为0.03mm。该所还与航天部618研究所合作，采用超声铣削加工方法，进行了微晶玻璃零件高精度深小孔(1.6×120mm)加工实验研究，取得良好的效果。加工精度：圆孔度<0.005mm，圆柱度一

5、般为0.030.04mm，最高河北工学院也研制了超声旋转加工装置，对陶瓷、砷玉等硬脆材料进行了打孔试验。太原理工大学的秦华伟在导师轧刚的指导下进行了旋转式超声波加工机理的研究、清华大学的戴向国等在广泛调研的基础上，研制成功一台新型的旋转超声加工机床，并对超声加工的关键技术进行了深入研究。采用烧结或镀金刚石的先进工具，既作超声频振动，同时又绕本身轴线以10005000r/min的高速旋转的超声旋转加工，比一般超声波加工具有更高的生产效率和孔加工的深度，同时直线性好、尺寸精度高、工具磨损小，除可加工硬脆材料外，还可加工碳化钢、二氧化钢、二氧化铁和硼环氧复合材料，以及不锈钢与钛合金叠层的材料等。 超

6、声振动磨削已成为一种重要的加工技术，国内外不少学者对此也进行了大量的试验研究，但是，尽管目前超声切削理论已比较成熟，但是由于砂轮表面随机分布着大量形状不规则的磨刃，因此简单的将超声振动切削理论应用于超声振动磨削并不合适。而对振动磨削的研究还是起步，超声振动磨削加工的运动学特性进行分析、超声振动磨削的加工机理、加工过程几何参数及磨屑形成机理等的研究还不完善。     1992年，Prabhakertal D.和Haselkon M.在大量超声铣、钻加工材料去除率试验研究的基础上，给出预测材料去除率的经验模型，并对各种加工因素及其交互作用对材料去除率的影响进

7、行了分析和讨论。 工程陶瓷不同加工工艺的研究表明，超声旋转加工（RUM）在较低的加工压力和较轻的表面损伤情况下，有较高的材料去除率，是有潜力的加工方法。Tyrell也报道：使用超声振动，需要的加工压力小于无超声加工时的压力。 最近，国外又出现了超声旋转面铣削技术，由于RUM钻深小孔时，其加工面及碎片很难观察，为了克服这个困难，采用面铣削方法加工陶瓷，用扫描电镜观察加工面和碎片。研究表明，陶瓷加工中，材料的去除机理包括塑性去除及脆性去除。在一些加工条件下，塑性去除占主要地位，在另一些加工条件下，脆性去除占主要地位；通过调整不同的加工参数，可以调整塑性去除及脆性去除的比例。 3 结论 大量的实验研究表明，超声振动切削加工具有快速切削的特性，能有效地改变传统加工的切削机制，具有独特的加工工艺效果，如超声振动可大幅度减少切削力和切削热、提高表面加工精度。提高我国超声振动切削加工为高新科技产品的研制，提供必要的技术保