基于振动钻削的深孔加工研究
作者 : 未知

  振动钻削是一种新的深孔加工方法,效率高,表面质量好,可以取代传统的“钻―扩―铰”工艺,在国内外受到高度重视,并得到广泛应用。下面就对切屑形态变化与切削参数之间的关系进行探讨。
  一、断屑实验分析
  1.断屑实验数据
  振动钻孔的切屑与普通钻孔不同,普通钻孔的切屑是厚度一致的带状切屑,而振动钻孔的切屑可分为四种不同形态[1](见表1)。
  由表1可得出如下结论:
  (2)当2 a/s固定不变,使60 f/n变化时,60 f/n越接近整数,断屑效果越不好。且当频转比f/n增大时,切屑变小。由理论分析可知,此时刀具振动波长减小,切削单元变小,因而有利于断屑。
  (3)当2 a/s、k(刀具振动一周内完整波形的个数)固定时,使相位角变化,实验中还发现,Ψ=1260、Ψ=2520这两种条件下切屑大小基本相同,由理论分析可知:对称于180°位置,切削路程基本相同,因而切屑大小基本相同。
  (4)当60 f/n固定不变,2 a/s增大时,切屑变小。由断屑机理可知,振动断屑是由运动造成的,a增大,切削单元将由多波干涉形成,造成切削单元明显减小。
  2.断屑原因分析
  (1)切屑厚度的不断变化有利于断屑。振动切削时,切屑厚度方向上留下与振动频率相关的波纹,因而影响切屑厚度变化,切屑厚度的不一,在高压切削液和容屑空间作用、限制下,很容易从切屑的强度较差部位折断,达到断屑效果。
  (2)刀杆的轴向振动有利于断屑。由于钻头的进给量很小,当轴向的振动双振幅大于进给量时,就实现了分离切削,切屑也就被强制性的切断。
  二、加工精度分析
  1.加工精度数据
  (1)尺寸精度对比
  普通切削时,圆度:9μ m
  振动切削,f=20 Hz,a=0.07 mm时,圆度7 μm。
  振动切削,f=28 Hz,a=0.07 mm时,圆度6 μm。
  振动切削,f=35 Hz,a=0.07 mm时,圆度4 μm。
  (2)表面粗糙度对比
  普通切削时,表面粗糙度Ra:0.69 μm。
  振动切削,f=20Hz,a=0.07 mm时,表面粗糙度Ra:0.33 μm。
  振动切削,f=28Hz,a=0.07 mm时,表面粗糙度Ra:0.32 μm。
  振动切削,f=35Hz,a=0.07 mm时,表面粗糙度Ra:0.30 μm。
  可见,在其他加工条件相同的情况下,振动切削可以不同程度地提高表面加工质量,选择适当的振动参数可以明显地降低表面粗糙度值,提高尺寸精度。
  2.原因分析
  (1)切削扭矩的减小有利于提高表面加工质量。振动切削可以降低切削扭矩,使扭矩减小64%左右,因而使加工时的切削温度相应降低,有利于提高表面加工质量。
  (2)良好的断屑效果有利于提高表面加工质量。振动切削可以使切屑变得碎小,这种碎小的切屑在高压切削液作用下易被带出已加工的深孔表面,从而减少切屑给已加工表面带来的不利影响,而且避免了打刀,提高了刀具寿命。因此,振动切削可提高加工精度。
  三、结论
  振动切削有良好的断屑效果,可以使切屑变得碎小,这种碎小的切屑在高压切削液作用下较易被带出已加工的深孔,从而减小切屑给已加工表面带来的不利影响。深孔加工中难以解决的断屑、排屑问题在运用振动切削技术后加工精度大大提高,生产率可提高6~10倍,根据深入的研究可以得出如下结论:
  (1)振动钻孔是由刀具运动造成断屑,比其他任何形式的断屑都要可靠,是目前较为有效的断屑方法。
  (2)振动钻孔的切屑形态可以通过改变切削参数来控制,以达到最佳状态。
  (3)振动钻孔是改善加工表面质量的最有效途径,振动钻削技术可以广泛适用于深孔、精密孔的加工领域,具有广阔的应用前景。
  参考文献:
  韩旭.深孔加工低频振动钻削试验研究[D].中北大学,2007.
  (作者单位 广东省机械高级技工学校)
  注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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