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难加工材料机床切削过程的超声强化
日期：2009年12月31 来源：沈阳第一机床厂 关键字：机床
对于普通机械切削方法难以加工或加工性能差的高温合金、钛合金等，若在切削过程中对切削刀具施加小振幅(不大于3—5pom)的超声振动，机床可使切削过程变得相对容易。
(一)切削过程的影响因素
超声对切削过程的作用效果取决于诸多因素；超声振幅和频率大小及振动方向、机床配件工件材料和刀具材料的机械物理和热物理性质、加工时的切削用量等。从物理过程上看，超声对塑性变形材料的作用在于提高晶体内能。由于晶体晶格的缺陷处产生超声波吸收，超声大大地增加晶格位错能量，激化位错源。在加工过程中，同时施加静的和高频动载(超声振动引起的)时，可使刀具与工件的接触点发生微观软化，大大降低金属塑性变形抗力，机床从而使刀具工作面摩擦特性和流变性质发生变化，因而使切削过程变得容易。值得注意的是，机床配件在切削过程中对刀具施加超声振动时，如果振幅超过特定值(如车削耐热合金时，振幅大于51xm)，会使刀具耐用度下降，而且有可能导致加工表面硬化。利用这一特点，对工件进行表面超声辗压硬化处理。
(二)切削过程超声强化的应用
1．内螺纹加工
超声振动切削特别适用于细薄切屑加工，因此常用在难加工材料上加工中、小尺寸(M1．4—M12)的内螺纹。
2．用金刚石工具超声加工脆性材料制品
当采用自由磨粒进行超声加工时，其加工深度及加工面积均受限制，若采用超声振动的金刚石工具(如金属粘接的金刚石管状工具)，则可在脆性材料机床上钻出深径比超过100的孔。
超声振动系统由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是超声设备的核心部分。在传统应用中，超声振动系统大都采用一维纵向振动方式，并按“全调谐”方式工作。但近年来，机床配件随着超声技术基础研究的进展和在不同领域实际应用的特殊需要，对振动系统的工作方式和设计计算、振动方式及其应用研究都取得了新的进展。
日本研究成功一种半波长弯曲振动系统，其切削刀具安装在半波长换能振动系统细端，该振动系统换能器的压电陶瓷片采用半圆形，上下各两片，组成上下两个半圆形压电换能器(压电振子)，机床其特点是小型化，机床配件结构简单，刚性增强。
日本还研制成一种新型“纵-弯”型振动系统，并已在手持式超声复合振动研磨机上成功应用。该系统压电换能器也采用半圆形压电陶瓷片产生“纵-弯”型复合振动。
日本金泽工业学院的研究人员研制了加工硬脆材料的超声低频振动组合钻孔系统。将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合，机床制造了一台组合振动钻孔设备，该设备能检测钻孔力的变化以及钻孔精度和孔的表面质量，并用该组合设备在不同的振动条件下进行了一系列实验。实验结果表明，机床配件将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合是加工硬脆材料的一种有效方法。
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