现代机械制造工程

振动切削技术的应用
振动切削技术是在研究了切削加工本质的基础上所提出的 一种精密加工方法，它弥补了普通切削加工的不足，但并 不能完全取代普通切削加工而有一定的适用范围，主要有 以下几个方面 ：
1.难切削材料加工。不锈钢、淬硬钢、高速钢、钛合金、 高温合金、冷硬铸铁以及陶瓷、玻璃、石料等非金属材料 由于机械、物理、化学等特性而难以加工，如采用超声振 动切削则可化难为易。
4.排屑断屑比较困难的切削加工。钻孔、铰孔、攻丝、 剖断、拉削等切削加工时，切屑往往处于半封闭或封 闭状态，因而常不得不由于排屑断屑困难而降低切削 用量，这时如果用振动切削则可比较顺利地解决排屑 断屑问题而保证加工质量与提高生产效率。
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谢谢！
振动切削
张辉远
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振动切削的发展背景
随着科学技术和工业生产的不断发展，对各种精密机 械零件的加工精度和表面质量的要求越来越高；特别 是随着机械制造行业的日益发展，对一些有着高效、 高精、高难度加工需求的加工，再利用传统切削加工 方法已很难满足，有时甚至无法加工。而振动切削技 术就以其切削力小、切削热降低、工件表面质量提高、 精度提高、切屑处理容易、刀具耐用度提高、加工稳 定、生产效率高等优点，可以获得普通切削无法比拟 的工艺效果，特别是在难加工材料的加工和普通材料 的难加工工序的加工等领域，解决了许多关键性的工 艺问题，并取得了良好的效果。
摩擦因数减小 振动切削可以是摩擦因数大大减小，因为振动可使相 互接触材料间的静、动摩擦因数减小；振动切削可使切削液产生“空 化”作用，使切削液充分发挥作用；此外，在无切削液作用的瞬间， 前刀面生成了氧化膜，这同样可使摩擦因数减小。
剪切角增大 振动切削时，刀具冲击被切材料产生的裂纹深度比实际 切削长度长度大得多，在刀具前方会产生裂纹形成偏角，从而使实际 剪切角增大。
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振动切削加工的特点
切削力大大减小 刀具与切屑间摩擦因数只有传统切削的 1/10，所以切削力可以减小到传统切削的1/2~1/10，塑性 材料减小得更多。
切削温度明显降低 刀与切屑间接触出现间歇，切削热更 难以传到切削区，易于冷却，所以平均切削温度降到与室 温差不多，切屑不变色，用手摸不会烫手。
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普通切削与振动切削
振动切削即通过在切削刀具上施加某种有规律 的可控的振动，使切削速度、切削深度产生周 期性的改变，从而得到特殊的切削效果的方法。 振动切削改变了工具和理，达到 减小切削力、切削热，提高加工质量和效率的 目的。
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振动切削分类
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普通切削时切屑形貌
超声振动切削时切屑形貌
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振动切削加工的特点
可提高刀具使用寿命 可控制切屑的形状和大小，改善排屑状况 提高加工精度和表面质量 可提高已加工表面的耐磨性和耐蚀性
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普通切削时刀具后刀面
超声波振动切削时刀具后刀面
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工艺效果分析
瞬间切削力增大 根据连续弹性体动力分析理论，在普通切削中，切 削力一直作用在工件上，使得周边的材料也参与抵抗变形，就使得切 口处切削力降低。在振动切削中，材料的破坏过程与普通切削不同， 它由每次冲击产生细微破坏而完成切削。在振动切削中，因振动提高 了实际的瞬间切削速度，并以动态冲击力作用于工件，使得局部变形 减小，作用力集中，瞬间切削力增大。从而获得较大的波前剪应力， 有利于金属的塑性脆化。减小塑性变形，利于切削。在超硬材料的加 工方面，这一优点更为突出。
相对静切削时间小 超声波振动切削时，在每个振动周期 内只有短时间在切削，其余大部分时间里刀具与工件是分 离的，所以振动切削的相对静切削时间短。
有利于冷却 刀具的高速振动对刀具的散热十分有利，同 时由于刀具的前面周期性脱离工件，使得冷却液更容易进 入刀具和工件之间，也增加了系统的散热能力。
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2.难加工零件的切削加工 。如易弯曲变形的细长杆类 零件，小径深孔，薄壁零件，薄盘类零件与小径精密螺纹 以及形状复杂、加工精度与表面质量要求又较高的零件， 用普通切削与磨削加工很困难，用振动切削，既可以提高 加工质量，又可提高生产效率。
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振动切削技术的应用
3.高精度，高表面质量工件的切削加工。 与普通切削 相比，振动切削时切屑变形与切削力小，切削温度低， 加工表面上不产生积屑瘤、鳞刺与表面微裂纹，再加 上表面硬化程度较大，表面产生残余压应力，切削过 程稳定，容易加工出高精度与高表面质量的工件。
切削液的作用得到了充分发挥 超声波振动切削时会在切 削液内产生“空化”作用，一方面使切削液均匀乳化，形 成均匀一致的乳化液微粒；另一方面切削液微粒获得了很 大能量更容易进入切削区，从而提高了切削液的效果。没 有切削液时空气冷却，在10-8s内刀具前刀面上就可形成单 分子层氧化膜，从而减小了刀具与切屑间的摩擦。
振动切削按振动质量分为自激振动切削和强迫振动切削。 自激振动切削是利用切削过程中产生的振动进行切削的。 强迫振动切削是利用专门设置的振动装置，使刀具或工件 产生某种有规律的可控振动进行切削的方法。
振动切削按刀具振动方向分为吃刀抗力方向、进给抗力方 向和 主 切削力方向三种振动切削。
振动切削按所加频率不同可分为高频振动和低频振动。振 动频率在200HZ以下的振动切削称为低频振动切削 。高 频振动切削又称为超声波振动切削，高频振动切削是指振 动频率在16KHZ以上 。
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振动切削技术的概述
振动切削是一种特种切削加工方法，振动切削 是指在切削过程中给刀具或工件加上某种有规 律的、可控的振动，从而改变加工机理的切削 方法，是一种脉冲切削方法。
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普通切削与振动切削
在普通切削中，切削时靠刀具与工件的相对运动来完 成的。切屑与已加工表面的形成过程，本质上是工件 材料受到刀具的挤压，产生弹性变形和塑性变形，使 切屑与母体分离的过程。由于刀刃与被切削物接触处 局部压力很大，从而使被切物分离。刀面则在切削的 同时撑挤被切物，促进这种分离。普通切削中，伴随 着切屑的形成，由于切屑与刀具之间的挤压和摩擦作 用，将不可避免产生较大的切削力，较高的切削温度， 使刀具磨损和产生切削振动等有害现象。
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工艺效果分析
工件刚性化 当采用超声波振动切削时，整个系统的等效 弹性系数比原系统弹性系数，在稳态切削条件下，一般增 大3—10倍，所以我们可以看出采用振动切削能提高工件刚 性。
应力和能量集中 超声波振动使切削力的能量集中在切削 刃前方工件材料很小范围内，工件材料原始晶格结构变化 很微小，因此加工表面质量好，加工硬化和加工变质层均 很小。