铝蜂窝是一种薄壁多孔材料,具有比强度高、比刚性大、抗冲击、降噪、隔热等诸多优点。铝蜂窝沿孔格方向刚度较强,与复合材料板或金属板通过粘接固化可以制成铝蜂窝夹层结构件,应用于航空航天、交通运输等领域,既能保证产品的结构强度又能达到轻量化的目的。但由于铝蜂窝的面内刚度较弱,在加工过程中蜂窝壁容易出现毛刺、撕裂等加工缺陷,因此对铝蜂窝的加工技术提出了较高的要求。圆片刀超声切削加工作为一种新兴的特种加工方法,具有能降低切削力、提高加工效率以及改善加工质量等一系列优点,目前已被应用于Nomex蜂窝等复合材料的加工,但对于圆片刀超声切削铝蜂窝的研究目前鲜有报道。圆片刀的超声振动在切削以铝蜂窝为代表的金属蜂窝时所发挥的作用尚未清楚,对铝蜂窝的切削效果也有待进一步研究。本文从加工形貌的角度入手,对圆片刀附加轴向超声振动后切削铝蜂窝的加工方式与加工效果进行了研究,主要内容如下:通过对圆片刀附加超声振动后的切削速度进行分析,发现刀刃的振动速度远大于刀具转动在刀刃处产生的切向速度,因此切削过程中的主运动不再是刀具转动而是超声振动。圆片刀的超声振动对蜂窝壁存在冲击作用并使其在已加工表面处产生微观塑性变形,为了对冲击作用进行定量研究,本文用蜂窝壁的塑性变形量来表征冲击作用的强弱。通过Abaqus软件对蜂窝壁已加工表面塑性变形区的几何形状进行了仿真分析,并依据超声喷丸过程中的能量转化理论,建立了蜂窝壁的塑性变形模型,得到了超声加工参数对塑性变形量的影响关系。通过对超声加工参数(超声振幅、进给速度、转速)进行单因素试验对塑性变形模型的结论进行了验证,试验结果与塑性变形模型的结论一致:即随着超声振幅的增大,蜂窝壁的塑性变形量增大,随着进给速度的增大,蜂窝壁的塑性变形量减小,转速对蜂窝壁的塑性变形量没有明显影响。由于蜂窝壁的微观形貌与宏观形貌直接关系到铝蜂窝的加工质量,因此对蜂窝壁在微观与宏观上的形貌特征进行了观察研究与归纳总结。在微观形貌方面,提出三种特征,即边界的凸起与缺口、表面的“台阶”状条纹、受冲击面的形貌差异。其中边界的凸起与缺口随着超声振幅的增大而减少;“台阶”状条纹的宽度随着进给速度的增大而增大;受冲击面的形貌差异则主要受刀具转动的影响。在宏观形貌方面,首先对切削力进行了研究,发现随着进给速度的增大,各向切削力都有所增大;随着转速的增大,各向切削力都有所减小;随着超声振幅的增大,各向切削力明显减小,因此圆片刀提高转速或附加超声振动后能有效地减小蜂窝壁的宏观变形。超声加工参数中,进给速度过大会使单层蜂窝壁产生压溃与撕裂;转速过小或过大会使双层蜂窝壁产生扭曲或等距毛刺。