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超聲加工技�(shù)的研究�(jìn)展:航空 & 3C

�(fā)布:2021-12-30

一、脆性材料旋�(zhuǎn)超聲加工

 

旋轉(zhuǎn)超聲加工�RUM)在脆性材料加工領(lǐng)域有著廣泛的�(yīng)用,該加工方式由普通磨削和超聲振動(dòng)�(fù)合而成,是一種針�(duì)硬脆材料加工技�(shù)難題的特種加工工�。旋�(zhuǎn)超聲加工的刀具大多在刀頭位置電鍍一層金剛石或CBN等高硬度材料,且刀具在加工�(guò)程中�(huì)在高速旋�(zhuǎn)的同�(shí)沿刀具軸�(xiàn)作微米級(jí)超聲頻振�(dòng),可有效降低切削力、殘余應(yīng)力和表面損傷,提高加工精度和效率,延�(zhǎng)刀具壽�。由�3所示的旋轉(zhuǎn)超聲鋸切�(lán)寶石的效果圖可明顯看�,引入超聲振�(dòng)�,減少了塑性去除比�,不再出�(xiàn)大塊剝落�

 

旋轉(zhuǎn)超聲加工包含三種加工形式:鉆�、端面銑削和�(cè)面銑削,其材料去除機(jī)理見(jiàn)�4。其�,鉆孔與端面磨削加工中刀具端面的磨粒與工件材料在超聲振動(dòng)的作用下�(chǎn)生周期性的切削和分�,并附加有錘擊效�。這一工藝特性對(duì)硬脆材料的高硬度與低斷裂韌性有良好的針�(duì)作用,引起了�(guó)�(nèi)外學(xué)者的廣泛�(guān)注,�(jìn)行大量研�,總�(jié)出旋�(zhuǎn)超聲加工的諸多優(yōu)�(shì)�

 

在降低切削力方面,旋�(zhuǎn)超聲加工�(shí)磨粒與工件有周期性的高頻分離,切削區(qū)域被打開(kāi),切削液可�(jìn)�,改善了�(rùn)滑和冷卻情況,且加工�(guò)程中的高頻錘擊使加工表面粉末�、切削力降低。為解析旋轉(zhuǎn)超聲加工切削力的降低�(jī)�,研究學(xué)者以理論建模及調(diào)整工藝參�(shù)等方式�(jìn)行了大量研究。華僑大�(xué)朱旭等利用旋�(zhuǎn)超聲加工鋸切�(lán)寶石之后�(fā)�(xiàn),徑向切削力相比普通鋸切下�50%~80%,軸向力下降35%~50%�

 

�(dāng)前國(guó)�(nèi)外學(xué)者對(duì)旋轉(zhuǎn)超聲加工表面粗糙度的研究相對(duì)較少且存在較大的�(zhēng)�,即�(duì)旋轉(zhuǎn)超聲加工是否可降低表面粗糙度尚無(wú)定論。研究學(xué)者通過(guò)建立表面粗糙度預(yù)�(cè)模型�?qū)�?yàn)�(yàn)證等方式得出的研究結(jié)果更多地支持旋轉(zhuǎn)超聲加工在側(cè)面磨削加工或V型槽加工中可顯著降低表面粗糙度的情況,而鉆孔與端面磨削加工增大表面粗糙度的情況更多,但可通過(guò)提高主軸�(zhuǎn)�、降低切削深度和�(jìn)給量并匹配合適的超聲參數(shù)的方式降低表面粗糙度�

 

提高加工效率是旋�(zhuǎn)超聲加工的一�(gè)重要�(yōu)�(shì),主要體�(xiàn)為材料去除率增加。特別是在恒力�(jìn)給條件下,旋�(zhuǎn)超聲加工的材料去除率相比普通磨削顯著提�。目前旋�(zhuǎn)超聲加工在硬脆性材料加工領(lǐng)域相比普通磨削有顯著�(yōu)�(shì),但�(dāng)前超聲振�(dòng)下的材料去除�(jī)理研究并不深�。深入研究去除機(jī)理可�(jìn)一步揭示旋�(zhuǎn)超聲加工的表面粗糙度�(guī)律和亞表面損傷形成機(jī)�,對(duì)旋轉(zhuǎn)超聲加工工藝的推廣有重要意義�

 

�、超聲拋�

 

超聲振動(dòng)拋光的原理是�(duì)工件或變幅桿施加超聲振動(dòng),使磨料懸浮液中的磨粒與工件�(chǎn)生相�(duì)�(yùn)�(dòng),以�(dá)�?jīng)_擊、拋磨的效果,可提高拋光速度和均勻�、降低表面粗糙度。印度理工學(xué)�Kala等使用磁�(chǎng)輔助超聲拋光,改善了黃銅表面的光潔度。Jeffrey等分別對(duì)變幅桿和拋光�(pán)施加橫向超聲振動(dòng),發(fā)�(xiàn)橫向超聲振動(dòng)以攪�(dòng)懸浮液的形式作用于硅�,提高拋光均勻性。許文虎等�(jìn)行了有無(wú)超聲拋光�(lán)寶石的對(duì)比實(shí)�(yàn),發(fā)�(xiàn)超聲振動(dòng)輔助拋光去除率是�(wú)超聲的兩倍且表面粗糙度降低,

 

超聲振動(dòng)輔助拋光在機(jī)械拋�、化�(xué)拋光、磁流變拋光、離子束拋光等多�(gè)拋光�(lèi)別均有應(yīng)�,并取得了一定的改善效果。然�,當(dāng)前超聲拋光過(guò)程中的材料去除機(jī)理研究還不夠深入,特別是超聲空化作用�(duì)已加工表面的表面完整性的影響�(jī)制尚未揭示,因此需要�(jìn)一步加�(qiáng)基本理論的研��


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