超声振动钻削技术综述无杆气缸
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超声振动钻削技术综述
超声振动钻削技术综述 2012年09月01日 1、超声振动钻削国内外研究现状 超声振动切削作为一种先进的特种加工方法，它具有降低切削力和切削热效应，能够大幅度降低表面粗糙度，提高加工精度和延长刀具寿命的特性。对于难加工材料，它的精密加工质量获得了广泛认可。（1）国外研究现状 自1954年日本宁邰宫大学的隈部淳一郎教授提出振动钻削理论以来，各国学者对振动钻削进行的大量理论研究和实验分析，已取得了许多有价值的研究成果并应用工加工领域。尤其是近几年发展更为迅速，显示出独特的优势和广阔的应用前景。在振动钻削的理论研究方面，隈部淳一郎率先对超声振动钻削的优良的加工机理进行研究，在其著作《精密加工振动切削(基础与应用)》中提出钻头的静止化和刚性化理论，由工切削刃与工件的周期性分高，硬切削力成为脉冲力，因而在钻削过程中出现钻头的位移并不随时间发生变化的静止化效果和脉冲切削力硬钻头抵抗弯曲变形能力提高的刚性化效果。足立胜重提出了振动断屑理论，擗出振动钻削过程中，刀具的工作前加是周朔性变化的，实际工作前加和后加的周朔性变化引起剪切加的周朔性变化，这样能促进切屑与前刀问分高，改善切屑与前刀间的摩擦条件，并给出了主切削刃的动态前角计算公式。 前苏联鲍曼工学院的鲍德拉耶夫通过实验研究提出了振动钻削的冲击理论，认为在振动钻削时钻头横刃的冲击作用能明显改善横刃的切削条件，并运用弹塑性理论分析论证了其动力学机理。 B．Azarhoushang和J．Akbari通过自制的超声振动钻削装置对镍基合金分别进行超声振动钻削加工与普通钻削加工的实验，实验结果表明超声振动钻削能有效地提高孔的整体的加工质量，能提升60％的加工质量。U．Heisel和J．Wallaschek等人通过输入不同的振幅、切削速度和进给量对电解制分别进行超声振动钻削跟普通钻削的深孔的实验研究，实验结果表明只要选择合理的振幅、切削速度跟进给量就能提高移体的加工质量，并且能提高移个加工过程的稳定性。（2）国内研究现状 我国对振动钻削的研究始于60年代末，但是直到80年代初朔这项技术才真正得到认可和发展。在对振动钻削的理论研究、难加工材料的加工等方面取得了重要的成果。1）理论研究 西安理工大学的薛万夫教授对振动钻削时刀刃相邻运动轨迹波形进行了理论分析和计算，得出了保证断屑的条件，进一步丰富了足立胜重的振动断屑理论。并且在实验研究的基础上，他进一步提出了振动钻削的动态加度理论，擗出主切削刃的前加和后加在钻削过程中是动态变化的，并给出了实际动态后加At的计算公式和计算图，在后续的研究工作中，动态后加理论的提出为加工塑性金属时可以改善刀具与工件的摩擦条件提供了理论依据。吉林工业大学王立江教授等对轴向振动钻削的理论和工艺效果也进行了系统深入的研究，突破了零相位差不能断屑的传统观念，弥补了足立胜重从运动学加度对振动钻削分析时得出的零相位差不能断屑的缺陷和不足，硬振动断屑理论进一步完善化。并提出了振动钻削的入钻定位理论、超声压谐区钻头独立振动式理论等，分析了振动钻削提高加工精度的机理。2）工艺效果研究 吉林工业大学王立江教授对高频和低频振动钻削进行了系统的研究，采用超声波振动钻削系统在低碳合金钢和黄铜上进行了微小孔的钻削实验，实验结果表示，采用超声振动钻削能显著提高了入钻定位精度和孔径精度，降低了表面粗糙度和出口毛刺。刘华叫教授通过自制的超声振动钻削系统进行实验研究，研究钻头耐用度与振幅之间的关系，实验结果表示振动钻削能降低切削力、提高表面的加工质量及孔径精度。河南理工大学的许幸新，刘传绍等人，在自制的超声振动钻削设备的基础上，通过不同材质的硬质合金麻花钻对不同重量百分肯量的SiC颗粒增强铝基复合材料进行普通钻削与超声振动钻削的对比实验，实验着重分析比较加工中切削力的变化规律。通过选取不同的钻削参数，分别测量普通钻削跟超声振动钻削的切削力进行比较；结果表示，与普通钻削相比，超声振动钻削时轴向力跟扭矩要小得多。广西大学的张伯荣等大用普通硬质合余刀具对过共晶铝硅合金活塞进行了超声波振动切削，切削过程切削力小，无积屑瘤现象，表面粗糙度比较接近理论粗糙度，大大改善了其加工性，从而可以代替金刚石刀具。3）新型复合加工方式研究 北京航空航天大学的张鹏、张德远等大提出了一种加工微小斜孔的方法，即摆动振动钻削微小斜孔。采用摆动振动钻削可避免钻头受力不均衡而产生弯曲，提高了微小斜孔的加工质量。赖必余等学者提出了电热振动复合钻削技术的新型的复合加工方式，即在对钻头跟工件施加轴向振动的同时，又对钻头跟工件之间构成的回路通低压大电流，硬得钻削区的加工材料软化，从而降低切削力，改善材料的加工性，以解决各种高强度、高硬度的金属材料、复合材料和叠层材料等难加工材料的微小孔加工的难题。3、当前存在的问题 经过国内外专家多年的研究，振动钻削技术确实得到了很大的发展，振动钻削确实有很多优良的工艺效果，比如：能降低切削扭矩、降低切削热、提高孔的表问加工质量和提高钻头寿命等。世是要真正提高加工过程的高可靠性及自动化，实现振动钻削的最佳控制，还有一段距离。其存在的问题主要如下： 1)对振动钻削的理论研究还不过充分。目前所掌握的关工振动钻削的理论，大部分是在实验中总结出来的，根据实验结果与普通钻削的比较总结出的一些理论。现有的振动钻削理论体系不够完善，理论研究不够深入，有着较大的局限性，缺少严密的科学论证。 2)超声振动系统功率相对偏低，超声电源设备，切削装置和测试系统的系列化、商品化程度不够，一定程度上影响了其应用与推广。并且由于波的一些传播特性的影响，超声振动钻削中声振系统的同定方式等都比较单一。 3)振动钻削的优良工艺效果已经得到肯定，但其推广应用速度仍很缓慢这主要由于激澉振装置还很不稳定。如超声振动系统经常由于结合间松动、发热疲劳以及振幅波动等原因限制了其在加工生产中的广泛应用： 4)随着科学技术的发展，各种高强度、高硬度的新兴的复合材料不断涌现，对于不同的工件或者。同一工件不同的材料层进行振动钻削时，不能用同定参数的加工方法进行加工。现有的振动钻削的参数是无法全面覆盖整个加工领域的，故在加工不同的材料前，应根据加工材料的组合特性、孔的长径比和技术参数等来灵活选择振动参数变量，以全面提高孔的加工质量。4、结语 综上所述，随着各种合金材料、复合材料的广泛应用以及孔加工质量要求的提高，传统的钻削加工工艺已经很难满足要求。通过大量的实验表示，超声振动钻削作为一种先进的加工工艺，能有效地提高孔的整体加工质量，以及提高加工过程的稳定性，特别在难加工材料的微小孔加工上有很好的应用前景。当前，超声振动钻削也还存在理论研究、振幅损失和如何自动化、智能化地选择加工参数对不同的材料进行加工等难题。因此超声振动钻削在理论研究(动态规律等)、振幅损失量的前期估计和补偿及变参数的自动化控制等方面有待进一步研究，开发变参数的自动化控制系统，实现振动钻削的自化、智能化将成为其研究方向。