超聲波二維車削系統(tǒng)

硬質(zhì)合金具有強度高、耐磨性好等諸多優(yōu)良的物理力學性能,成為航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域中重要的結(jié)構(gòu)材料。但因其脆性高、斷裂韌性低等導致切削過程中切削力大、切削溫度高、易在已加工表面形成殘余拉應力,這已成為嚴重制約其高效精密切削技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。本文以硬質(zhì)合金的二維超聲車削過程為研究對象,對二維超聲車削過程的切削刃運動特性、切削力特性、切削溫度特性及工件的表面粗糙度和表面殘余應力特性展開研究:

1、研究了二維超聲車削加工原理,建立了切削刃的運動軌跡模型,建立了硬質(zhì)合金二維超聲車削條件下的切削力、切削熱模型;根據(jù)加工殘余應力的形成機理,通過應力加載和釋放,建立了二維超聲車削殘余應力解析模型。

2、基于熱力耦合作用,建立了硬質(zhì)合金二維超聲車削有限元模型,采用有限元軟件Abaqus,對切削力、切削溫度和加工表面殘余應力進行了仿真及分析;仿真分析了超聲切削中刀具幾何參數(shù)以及超聲表征參數(shù)對切削力、切削溫度以及加工殘余應力的影響規(guī)律,結(jié)果表明超聲車削能夠有效提高工件表面的殘余壓應力和工件內(nèi)部最大的殘余壓應力,同時在一定程度上增大了壓應力層的深度。

3、基于聲學理論研制了二維超聲振動系統(tǒng),搭建了超聲切削試驗平臺,對硬質(zhì)合金進行了車削試驗研究,揭示了工藝參數(shù)和超聲振幅對切削力和切削溫度的影響規(guī)律。通過試驗對比分析了二維超聲車削和傳統(tǒng)車削切削力和切削溫度的差異性;采用正交試驗和單因素試驗相結(jié)合的方法,同時考慮因素交互作用,研究了加工參數(shù)對切削力、切削溫度和加工殘余應力的影響。

4、基于遺傳算法,分別建立了加工殘余應力、表面粗糙度的預測模型,并進行試驗驗證。同時兼顧表面粗糙度和加工殘余應力,以最大殘余壓應力為目標變量,以表面粗糙度為約束變量,對硬質(zhì)合金二維超聲車削參數(shù)優(yōu)化進行研究,獲得不同粗糙度約束值下的優(yōu)化加工參數(shù)。

超聲波二維車削系統(tǒng)