鋁合金與鈦合金超聲振動輔助鉆削工藝研究.pdf

1、在航空工業(yè)中，鋁合金和鈦合金因為比強度高、耐腐蝕性強等諸多優(yōu)良性能，在飛機蒙皮、機身結構件、連接件、發(fā)動機盤件上得到廣泛應用。飛機構件的主要連接形式為鉚接和螺接，需要加工大量連接孔。傳統(tǒng)麻花鉆鉆孔工藝存在軸向力大、刀具磨損嚴重、出口毛刺大、表面形貌差等問題，這在加工鈦合金時更為突出。針對以上問題，本文提出使用超聲振動鉆削的加工方法，開展鋁合金和鈦合金超聲振動鉆削工藝試驗，研究加工參數對鉆削軸向力、刀具磨損、表面質量、出口毛刺的影響規(guī)律。

2、主要研究內容包括:
　　(1)分析超聲振動鉆削運動特性，包括切削刃運動軌跡、動態(tài)切削厚度、動態(tài)角度和切削速度變化。針對超聲輔助鉆削加工的特點，搭建基于三軸數控機床的超聲振動鉆削加工試驗平臺，超聲振動系統(tǒng)包括超聲電源、電能傳輸單元和超聲振動單元。
　　(2)對不同材料、直徑、懸出長度以及傳輸形式下麻花鉆的振幅和諧振頻率進行試驗分析。結果表明:同樣輸入電流下，高速鋼麻花鉆振幅為硬質合金麻花鉆1.5～3倍;諧振頻率隨懸出長度增加而

3、減小;在同樣電源輸出電流下，使用非接觸式傳輸時鉆頭振幅小于接觸式傳輸;加工參數中主軸轉速對諧振頻率影響最小，進給量增加會使諧振頻率增加，振幅增加則諧振頻率下降。
　　(3)開展普通鉆削和超聲振動鉆削的軸向力試驗。超聲振動鉆削比普通鉆削軸向力有所降低，兩種加工方式中加工參數對橫刃和主切削刃的影響也有所不同。普通鉆削時，主軸轉速和進給速度對軸向力的分布影響不明顯。超聲振動鉆削時，主切削刃軸向力占整個切削刃軸向力的比例隨著主軸轉速提高而

4、上升，隨著進給速度提高而降低，隨振幅提高而降低。開展超聲振動鉆削鋁合金和鈦合金軸向力正交試驗，結果顯示進給速度對軸向力影響程度最大，其次是振幅，主軸轉速影響最小。主軸轉速上升對軸向力的影響規(guī)律因材料不同而不同，鋁合金鉆削軸向力隨主軸轉速提高而上升，而鈦合金則相反。從磨損實驗可以看出，超聲振動鉆削能夠減小切削刃的磨損，延長刀具涂層的壽命。
　　(4)對鋁合金和鈦合金進行振幅影響單因素試驗。結果表明，振幅在lOμm以下時鋁合金和鈦合金