超声波二维车削系统

硬质合金具有强度高、耐磨性好等诸多优良的物理力学性能,成为航空航天、仪器仪表等领域中重要的结构材料。但因其脆性高、断裂韧性低等导致切削过程中切削力大、切削温度高、易在已加工表面形成残余拉应力,这已成为严重制约其高效精密切削技术发展的关键问题。本文以硬质合金的二维超声车削过程为研究对象,对二维超声车削过程的切削刃运动特性、切削力特性、切削温度特性及工件的表面粗糙度和表面残余应力特性展开研究:1、研究了二维超声车削加工原理,建立了切削刃的运动轨迹模型,建立了硬质合金二维超声车削条件下的切削力、切削热模型;根据加工残余应力的形成机理,通过应力加载和释放,建立了二维超声车削残余应力解析模型。2、基于热力耦合作用,建立了硬质合金二维超声车削有限元模型,采用有限元软件Abaqus,对切削力、切削温度和加工表面残余应力进行了仿真及分析;仿真分析了超声切削中刀具几何参数以及超声表征参数对切削力、切削温度以及加工残余应力的影响规律,结果表明超声车削能够有效提高工件表面的残余压应力和工件内部最大的残余压应力,同时在一定程度上增大了压应力层的深度。3、基于声学理论研制了二维超声振动系统,搭建了超声切削试验平台,对硬质合金进行了车削试验研究,揭示了工艺参数和超声振幅对切削力和切削温度的影响规律。通过试验对比分析了二维超声车削和传统车削切削力和切削温度的差异性;采用正交试验和单因素试验相结合的方法,同时考虑因素交互作用,研究了加工参数对切削力、切削温度和加工残余应力的影响。4、基于遗传算法,分别建立了加工残余应力、表面粗糙度的预测模型,并进行试验验证。同时兼顾表面粗糙度和加工残余应力,以最大残余压应力为目标变量,以表面粗糙度为约束变量,对硬质合金二维超声车削参数优化进行研究,获得不同粗糙度约束值下的优化加工参数。

超声波二维车削系统