【摘 要】
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镍基合金具有高强度、耐腐蚀、化学性质稳定等优异性能,在工业领域中应用广泛。但其在孔的加工中会出现切削力大、切削温度高以及刀具磨损严重等问题,是典型的难加工材料,而超声振动辅助钻削是解决金属难加工材料钻孔问题一种有效的特种加工方法。本文对超声振动辅助钻削加工理论进行了研究,并选择Inconel718镍基高温合金,对其进行超声振动辅助钻削加工仿真与实验研究。本文的主要工作如下:(1)对超声振动辅助钻削
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镍基合金具有高强度、耐腐蚀、化学性质稳定等优异性能,在工业领域中应用广泛。但其在孔的加工中会出现切削力大、切削温度高以及刀具磨损严重等问题,是典型的难加工材料,而超声振动辅助钻削是解决金属难加工材料钻孔问题一种有效的特种加工方法。本文对超声振动辅助钻削加工理论进行了研究,并选择Inconel718镍基高温合金,对其进行超声振动辅助钻削加工仿真与实验研究。本文的主要工作如下:(1)对超声振动辅助钻削加工与刀具磨损机理进行了理论研究。阐述了振动钻削的基本理论,研究了超声振动辅助钻削过程中切削刃的位移轨迹以及变速特性,建立了刀具的位移函数、速度函数以及轴向力的数学模型,分析了超声振动辅助钻削时轴向力的变化与钻削温度热传递问题,并通过实验进一步归纳了超声振动辅助钻削时切削热的传热性能及温度变化规律;研究了超声振动辅助钻削过程中刀具的磨损机理,通过实验归纳了超声振动辅助钻削改善刀具磨损的原因。(2)利用有限元仿真软件ABAQUS对超声振动辅助钻削和普通钻削Inconel718镍基高温合金过程进行了仿真研究。进行了对比仿真实验,以钻削轴向力和钻削温度为研究指标,使用50k Hz的高频振动,根据仿真结果得出超声振动辅助钻削加工相比普通钻削降低了35.28%的轴向力,降低了15.99%的钻削温度;对不同主轴转速、振幅及进给速度下的轴向力进行了仿真研究,得出轴向力随着主轴转速的增加而减小,随着振幅的增大而降低,随着进给速度的增加而增大。(3)使用50k Hz的高频振动,对超声振动辅助钻削Inconel 718镍基高温合金过程中的轴向力进行了研究,并与仿真进行验证。进行了对比实验,得出使用50k Hz频率的超声振动辅助钻削相比普通钻削可降低26.19%的轴向力;对不同主轴转速、振幅及进给速度下的轴向力进行了实验研究,得出轴向力随主轴转速的增加而下降,随着进给速度的增加而上升,随着振幅的增大而降低;进行了正交实验,得出对轴向力的影响程度依次为:进给速度,振幅,主轴转速。(4)对超声振动辅助钻削与普通钻削Inconel 718镍基高温合金过程中刀具磨损情况进行了对比研究。使用50k Hz的高频振动,以钻孔数为变量,通过刀具微观形貌、轴向力、钻削温度、孔壁表面粗糙度四个方面来研究刀具磨损情况;根据刀具微观形貌图片显示使用超声振动辅助钻削可改善刀具切削刃和切削面的磨损情况;随着钻孔次数的增加,超声振动辅助钻削减缓了轴向力的上升速度,减少了17.95%钻削温度,降低了17.63%的表面粗糙度。从这四个方面的结论可表明超声振动辅助钻削能够有效降低刀具磨损量,提高刀具寿命。
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