超聲波二維車(chē)削系統

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(xué)性能,成為航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域中重要的結構材料。但因其脆性高、斷裂韌性低等導致切削過(guò)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(wèn)題。本文以硬質(zhì)合金的二維超聲車(chē)削過(guò)程為研究對象,對二維超聲車(chē)削過(guò)程的切削刃運動(dòng)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(kāi)研究:1、研究了二維超聲車(chē)削加工原理,建立了切削刃的運動(dòng)軌跡模型,建立了硬質(zhì)合金二維超聲車(chē)削條件下的切削力、切削熱模型;根據加工殘余應力的形成機理,通過(guò)應力加載和釋放,建立了二維超聲車(chē)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(chē)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(jìn)行了仿真及分析;仿真分析了超聲切削中刀具幾何參數以及超聲表征參數對切削力、切削溫度以及加工殘余應力的影響規律,結果表明超聲車(chē)削能夠有效提高工件表面的殘余壓應力和工件內部最大的殘余壓應力,同時(shí)在一定程度上增大了壓應力層的深度。3、基于聲學(xué)理論研制了二維超聲振動(dòng)系統,搭建了超聲切削試驗平臺,對硬質(zhì)合金進(jìn)行了車(chē)削試驗研究,揭示了工藝參數和超聲振幅對切削力和切削溫度的影響規律。通過(guò)試驗對比分析了二維超聲車(chē)削和傳統車(chē)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合的方法,同時(shí)考慮因素交互作用,研究了加工參數對切削力、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(jìn)行試驗驗證。同時(shí)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(chē)削參數優(yōu)化進(jìn)行研究,獲得不同粗糙度約束值下的優(yōu)化加工參數。

超聲波二維車(chē)削系統