基于电塑性-超声振动耦合效应的钛合金车削实验研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangshuai824
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钛合金材料具有高强度、质量轻及耐高温、耐腐蚀等优良特性而受到广泛应用,然而钛合金化学活性大、导热系数低、弹性模量小、表面摩擦系数大等固有性质导致其切削加工过程中切削力大、切削热难以散发、刀具磨损严重、表面质量低下,属于典型的难加工材料。因此传统的切削方式被证明是不经济的,为了解决这一问题本文在传统切削的基础上,结合超声波技术和电塑性加工技术提出了基于电塑性-超声振动耦合作用的新型钛合金切削加工技术。  为了车削实验研究的顺利进行,满足车削过程中导入大频率脉冲电流设计制作了专用电塑性辅助工装;同时为了方便超声振动车削单元的装夹,设计制作了相应的刀架工装。  本文将单因素实验法和田口实验法相结合,通过对比实验以TC4钛合金表面粗糙度值、切削力大小为目标研究对象,验证基于电塑性-超声振动耦合作用的钛合金车削的可行性与优越性,并探索电塑性参数(放电电压、放电频率)与超声振动参数(电源电压输出百分比)对目标研究对象的影响规律,主要研究成果如下:  1)与普通车削、超声振动辅助车削相比电塑性—超声振动耦合辅助车削能大幅减小切削力,提高表面质量。同一背吃刀量,对比超声振动辅助车削,电塑性—超声振动耦合辅助车削三方向切削力均降低,且随着背吃刀量的增加降低幅度增大。这表明背吃刀量越大越能体现电塑性—超声振动耦合辅助车削的优越性。  2)电塑性—超声振动耦合辅助车削过程中,随着放电电压增大,三向切削力降低,但降低幅度较小;表面粗糙度Ra值降低,且降低幅度较大。随着放电频率增大,三向切削力降低,且降低幅度较大;表面粗糙度Ra值降低,但降低幅度较小。随着超声波电源电压增大切削力大幅降低且工件表面均匀一致性越来越好。电塑性—超声振动耦合辅助车削过程中为了降低切削力获得较好的表面质量应选用较高的放电压及较高的放电频率。  3)通过部分因子法,发现电塑性参数与超声振动参数之间交互作用对工件表面粗糙度Ra及三向切削力来说均不显著。  4)采用田口实验中分析了电塑性参数和超声振动参数对表面粗糙度Ra的影响排秩和规律:放电电压作用最为显著,其次是电源电压输出百分比,放电频率影响最小;随着放电电压的提高,表面粗糙度Ra快速降低;随着电源电压输出百分比的增大,表面粗糙度Ra小幅上升。  5)通过信噪比极差大小分析得出了本次实验下一定范围内钛合金TC4良好表面质量的合理因子参数水平组合是放电电压100V、放电频率200Hz、电源电压输出百分比30%。
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