超聲波二維車削技術研究

硬質合金具有強度高、耐磨性好等諸多優良的物理力學性能,成為航空航天、儀器儀表等領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發展的關鍵問題。以硬質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,建立了硬質合金二維超聲車削條件下的切削力、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,搭建了超聲切削試驗平臺,對硬質合金進行了車削試驗研究,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。通過試驗對比分析了二維超聲車削和傳統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合的方法,同時考慮因素交互作用,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,對硬質合金二維超聲車削參數優化進行研究,獲得不同粗糙度約束值下的優化加工參數。