超声振动切削加工

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Ti-6Al-4V合金的超声波振动切削

切削抗力测定结果表明，振动切削的切削抗力的３个分力均只有普通切削的１１２以下，而用切削液时的切削抗力更低。其主要原因是超声振动的刀具或被加工材的响应特征上的静止化。所谓静止化是长而突出的刀杆弯曲固有频率达数百赫兹时，即使承载超声振动范围的断续负荷也无法追及，其过渡状态就是静止现象。第二个原因是刀具前倾角的摩擦力降低，即刀具与被加工材的反复接触和分离，在分离的瞬间，氧被新生表面吸收形成氧化
ＭＰａ的
ＴＣ４钛合金。切削速度为３０ｍ／ｍｉｎ，进刀量为
０．１
ｍｍ，切削深度为０．１ｍｍ，切削时间分别为ｍｉｎ，切削液为ＵＢ７５，刀具材质为
５，１０，１５，２０Ｋ来自７３０ＴＰＧＴｌｌ０２０４Ｋ，咬人角分别为３０，７０，１１０，刀面角分别为４０，８０，１２０，刀具刃宽０．１ｍｍ，刀具半径为０．４
ｍｍ。
变形所致。凹凸周期和深度不均一，约为十几个
微米，这是由于每个晶粒的应力差造成的。由于试验中的咬人量小，所以未观察到有锯齿状切屑。普通切削的切屑厚度为Ｏ．０９１¨ｍ，振动切削的切屑厚度为０．０７６Ｉｘｍ。切屑薄表明剪切角大，切削状态良好。观察切屑侧面发现，振动切削的切屑侧面为凹凸的，而普通切削切屑两侧面均为光滑的，可见凹凸的切屑侧面形状是振动切削的特征。吴全兴摘译自《轻金属》
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Ｔｉ－６ＡＩ一４Ｖ合金的超声波振动切削
超声波振动切削是使刀具在切削方向超声振动，使刀具与工件之间发生瞬问冲撞而进行切削加工的方法。它具有减小切削抗力，工件加工面光，加工热小，不生成刀瘤（积屑瘤），可延长刀具寿命，可对难加工材进行有效加工等优点。这种方法的缺点是不能进行高速切削，且加工面残留有振动加工的痕记。目前对超声波振动切削的研究包括振动方法和加工实例的应用研究。振动方法有单轴振动、二轴弯曲振动、椭圆振动等。振动方法的研究集中在对不同振动方式切削机理的探索，加工应用则主要是针对难加工材的应用研究。日本长野县大学等机构的研究人员就Ｔｉ一６Ａ１—４Ｖ合金用超声波振动切削和普通切削进行对比的研究，观察它们切削抗力、加工面粗糙度、刀具磨损以及车屑形状的不同。从而探讨了超声波振动切削的切削机理。实验采用高速精密车床，去除刀具台，装上测定切削抗力的工具动力计，其上安装超声波振动切削装置，振动装置的振动频率为１９．５＋１．５振幅为３０斗ｍ被加工材为维氏硬度约３

超声振动对表面光洁度的影响及端铣加工中的刀具磨损

一、绪论
今天的制造业正面临来自于先进的难加工材料(硬质高温合金、陶瓷和复合材料)、严格的设计要求(高精度、复杂形状和高表面质量)以及加工成本的挑战。开发一种复合加工工艺 (HMP)的原因是为了利用各种工艺结合或相互增强的优点，避免或减少一些当复合工艺各部分组成工艺单独应用时的副作用。近年来，IT、BT、ST 行业对于精密元件的需求量已经有了快速的增长。精密铣削加工复杂 3D 几何结构的优点和高效的加工效率成为一项重要的精密加工技术。精密元件对超声振动相当敏感。超声振动辅助精密钻孔工艺可以减少切削热和增加刀具寿命以及提高加工表面质量。纳秒激光加工的结果表明用超声振动的表面粗糙度比没有振动的更好。刀具磨损在影响零件的易加工性、加工表面质量和加工成本中起着至关重要的作用。许多研究人员研究了铣削加工过程中刀具的磨损。 Liew 等发现涂层防止刀刃剥落和增强了刀具磨粒磨损的阻力。工件的韧性和刀具磨损似乎都会影响工件的表面光洁度。Gu 等人发现在铣削加工金属时，刀具磨损对切削速度和进给率比较敏感。加工时，高进给速率会导致很高的应力作用于刀具上并且导致刀刃剥落。在某些情况下，由于不能使用目前的加工方法，就必须创新技术或修改现有的方法。本研究的目的是开发一种超声波振动器混合加工的夹具装置。这种夹具必须保持工件水平，同时将超声振动传递到工件上。在机床上，各种不同的加工方法也能够结合使用。例如，铣削高硬金属材料。比较不同振动下加工表面和刀具磨损。
二、夹具的设计
一般来说,由超声加工设备由换能器、增幅器、变幅杆和刀具组成，如图 1 所示。但精密复合加工不需要大量的振动，并且为了提高铣削加工的精度，将超声振动装置安装在工件上，如下所示。
图 1. 超声加工系统
A.设计要求

超声椭圆振动切削

超声椭圆振动切削
1.工作原理
超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削。

在一个振动周期中，的有效切削时间很短，大于80%时间的里与工件、切屑完全分离。

与工件、切屑断续接触，这就使得所受到的摩擦变小，所产生的热量大大减少，切削力显著下降，避免了普通切削时的“让刀”现象，并且不产生积屑瘤。

利用这种振动切削，在普通机床上就可以进行精密加工，圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度，最高可达到接近零误差，使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。

与高速硬切削相比，不需要高的机床刚性，并且不破坏工件表面金相组织。

在曲线轮廓零件的精加工中，可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工，可以节约高昂的数控磨床购置费用。

2.性能指标
2.1切削力小，约为普通切削力的1/3-1/10。

2.2加工精度高，主要取决于所用机床精度，所加工工件形位公差几乎可接近机床相关精度。

2.3切削温度低，工件保持室温状态。

2.4不产生积屑瘤，工件变形小，没有毛刺。

2.5切削表面粗糙度低，可接近理论粗糙度值，最高可达Ra0.2以下。

2.6被加工零件的“刚性化”，即与普通切削相比，相当于工件刚性提高。

2.7加工过程稳定，能有效消除颤振。

2.8切削液的冷却、润滑作用提高。

2.9耐用度呈几倍到几十倍提高。

2.10被加工表面呈压应力状态，零件疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性提高。

2.11切削后的工件表面呈彩虹效果。

振动切削加工技术

振动切削加工技术姓名：宋大同班级：机械工程1105班学号：113085201149摘要：振动切削加工技术是机械振动有利一面的应用，这是一种优于普通切削的新技术，是先进制造方法的重要组成部分。

本文通过振动切削与普通切削的对比，分析了振动切削的原理、特点、工艺效果及在切削过程中的作用。

同时论述了振动切削加工技术在工业中的具体应用和仍需解决的问题。

关键词：振动切削低频振动超声振动工艺效果应用机械振动同许多事物一样具有两面性，有其不利的一面，也有其有利的一面。

振动切削加工技术就是机械振动有利一面的应用。

振动切削加工是20 世纪60 年代发展起来的一种先进制造技术，它通过在常规的切削刀具上施加高频振动，使刀具和工件发生间断性的接触，从而使传统切削模式发生了根本性的变化。

振动切削改变了工件与刀具之间的时间与空间的分配，从而改变了切削加工机理，达到了减小切削力和切削热，并且提高加工质量和效率的目的。

由于其在一定范围内能够有效地解决难切削材料的加工及其精密切削加工方面的问题，因而越来越引起人们的重视。

1.普通切削与振动切削在普通切削中，切削是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。

在这种刀具始终不离开切削的普通切削中，刀具的作用包括两个方面：一个是刀刃的作用，一个是形成刀刃的刀面的作用。

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。

基于这种思想，产生了一种新的切削方法——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被加工材料之间的空间与时间存在条件，从而改变了加工机理，达到减小切削力、切削热，提高加工质量和效率的目的。

超声波技术在机械加工中的应用研究

超声波技术在机械加工中的应用研究引言机械加工领域一直以来都是工业发展的重要组成部分。

随着科技的不断进步，各种新技术应运而生，其中超声波技术作为一种创新型的加工方法，逐渐受到了研究者们的关注。

本文将探讨超声波技术在机械加工领域中的应用以及其对加工效率和质量的影响。

超声波技术的原理超声波指的是大于人类能听到的20千赫（kHz）频率的声波。

超声波技术利用超声波在介质中传播时的物理效应，实现对物体的加工、清洗、焊接等作用。

超声波具有高频、高能、高效的特点，可用于加工和处理利用传统方法难以实现的材料和工艺。

超声波在机械加工中的应用1. 振动加工超声波振动加工是超声波技术中的一项重要应用。

通过将超声波的机械振动传导至刀具上，可以提高刀具的切削性能和加工精度。

超声波振动加工可用于薄壁零件的薄切削加工、坚硬材料的高速切削加工等。

研究表明，超声波振动加工可以显著降低加工力和磨损，提高表面质量。

2. 清洗技术超声波清洗技术是超声波技术的另一项常见应用。

超声波在液体中产生的高频振动可以有效地使污垢与物体表面分离，从而实现高效的清洗效果。

在机械加工中，超声波清洗技术可用于清洗零件表面的油污、金属屑等杂质，使加工过程更为干净、快捷。

3. 精密焊接超声波焊接是超声波技术在机械加工中的另一项应用领域。

通过超声波的高频振动和热作用，可以将材料接触表面的分子间距离减小，使其发生塑性变形，从而实现焊接目的。

超声波焊接主要应用于精密仪器、电子元器件等领域，能够实现高强度、高效率的焊接效果。

超声波技术对机械加工的影响1. 提高加工效率超声波技术在机械加工中的应用可以提高加工效率。

例如，在超声波振动加工中，由于超声波的振动作用，切削力可以减小，切削速度可以增加，从而有效提高了加工效率。

此外，超声波清洗技术的应用也可以实现零件表面的快速清洗，减少了加工中的停留时间，进一步提高了加工效率。

2. 提高加工质量超声波技术的应用还可以提高加工质量。

超声振动精密车削加工的试验研究

超声振动精密车削加工的试验研究
李文杰
（西安航空职业技术学院，陕西西安７１００８９）
摘要：分析超声振动精密车削的加工机制，以４５钢为例，采用正交试验方法对影响超声振动精密车削质量的因素进行了大量的对比试验研究，确定了对４５钢进行精密加工的合理的切削参数，分析了影响表面加工质量的一些因素，同时总结了超声振动车削在精密加工方面的优越性和规律性。关键词：超声振动车削；精密加工；表面粗糙度
２０１３年２月
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｆｅｂ．２０１３
第４１卷第３期
Ｖｏ１．４ｌＮｏ．３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１３．０３．０２４
中图分类号：ＴＧ６６３文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ３８８１（２０１３１３— ０８６— ３
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＶｉｂｒａｔｉｏｎＰｒｅｃｉｓｉｏｎＴｕｒｎｉｎｇ
良好的表面加工质量。
量，在很大程度上可以代替磨削对零件进行精加工，从而为实现精密加工提供了一条新的途径和方法。
２试验设备和工件
２．１试验设备
１超声振动精密车削加工的机制分析
（１）超声振动车削时，刀具在有规律的高频振动状态下进行切削，切削速度的大小和方向在不断变化，是一种高速冲击和切削的联合作用，具有振动冲击和变速、断续切削的特点，大大减小了切削力、摩擦因数和切削热，为实现精密加工提供了条件；（２）超声振动切削加强了刀刃的切割作用和穿

超声振动精密切削振幅对工件尺寸误差的影响

中，振动切削具有普通切削无法比拟的工艺效果。
近几十年来，精密振动切削技术得到了发展，国内外对精密振动切削作了大量的实验研究，但是理论分
由度的振动切削系统模型，并借鉴普通切削中对切削力的分析方法，首次从理论上实现了对精密振动切削
中振幅对工件变形及其造成的尺误差的影响的研
ＹＡＮＧａｇ。ＬＵｓｎＬｉｎＺｅｈｅｇ
（ｃｏｌｆｅｈｔｎｃＨａｉｓｔｔｏＴｃｎｌｇ－ｒｉ１００－ＨＮ）ＳｈｏｏＭｃａｏｉ。ｒｎＩｔｕｅｆｅｈｏｙＨａｎ５０１Ｃｒｂｎｉｏｂ
超声振动切削出现于上世纪６年代，Ｏ目前，在车、
的变化情况，应用性较差。第二类方法中，虽然直接研究对象是工件，但是只将工件的一部分引入所建立的模型，与实际的情况还有一段距离，结论的可靠性会下降。第三类方法更接近实际，建立的模型也更合理。本文将采用第三种方法建立的外圆切削条件下的二自
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｕｌａｏｉａｌｓｉｔｄｔｒｉｇｉａｐｏｓｎｃｉｉｇｔｃｎｌｇ，ｗｅｅｈｇｅｕｎｙｖｂａｉｎｗｔｔｓｎｃｌａｓｓｅｕｎｎｒｍｉｉｇｍａｈｎｎｅｈｏｏｙｈｒｉｈｆｑｅｃｉｒｔｉｒｙｓｒｏｈａｌｕｅｉｓｐｒｍｐｓｄｏｈｖｍｅｔｆｈｕｔｇｔｏ．Ａｔｏ—ｄｍｅｓｏｄｌｆｏｋｉｃｍｐｉｄｓｕｅｉｏｅｎｔｅｍｏｅｎｅｃｔｎ１ｗｔｏｔｉｏｉｎｉｎｍｏｅｒｐｅｅ— ｏｗｔｏｉｉｒｔｎｃｔｎｓｐｅｅｔｄｉｈｓｐｐｒＩｉａａｙｅｈｏｅｉａｌｙｄｎｍｉｓｔｄｎｏｌｎｖｂａｉｕｔｇｉｒｓｎｅｎｔｉａｅ．ｔｓｎｌｚｄｔｅｒｔｌｂｙａｃ．ＡｓｕｙＯｏｉｃｙｔｅｉｆｅｃｆａｌｕｅｕｏｃｉｉｇｄｍｅｓｎｅｒｒｏｏｋｉｃｓｃｎｕｔｄｂｈｔｏｆｈｎｕｎｅｏｍｐｉｄｐｎｍａｈｎｎｉｎｉｒｏｆｗｒｐｅｅｉｏｄｃｅｙｔｅｍｅｈｄｏｌｔｏｎｍｅｃｓｍｕａｉｎｕｆＭｉｌｔ．Ａｎｈｅａｉｎｈｐｂｔｅｎｔｅｃｔｎａａｔｒｎｉｎｉｎｅｒｒｓｐｏｅｉｏｄｔｅｒｌｔｓｉｅｗｅｕｔｇｐｒｍｅｅｓａｄｄｍｅｓｒｏｒｂｄｏｈｉｏｉ

超声振动切削报告

超声振动切削报告关键信息项：1、超声振动切削的原理和技术特点原理：＿___________________________技术特点：＿___________________________2、应用领域和优势应用领域：＿___________________________优势：＿___________________________3、设备和工具要求设备类型：＿___________________________工具规格：＿___________________________4、切削参数和工艺控制切削参数：＿___________________________工艺控制要点：＿___________________________ 5、质量检测和评估标准检测方法：＿___________________________评估标准：＿___________________________6、安全注意事项和防护措施安全风险：＿___________________________防护措施：＿___________________________11 超声振动切削的原理超声振动切削是一种在传统切削加工基础上引入超声振动的先进加工技术。

其原理是通过在刀具或工件上施加高频振动，使切削过程中的切削力、切削热等发生显著变化，从而改善切削性能。

具体来说，超声振动使得刀具与工件之间的接触状态发生周期性改变，实现了断续切削，减少了刀具与工件之间的摩擦和粘结，降低了切削力和切削温度。

111 技术特点超声振动切削具有以下显著特点：1111 降低切削力由于断续切削和摩擦的减少，切削力大幅降低，这有助于减少机床的负荷，提高加工精度和表面质量。

1112 减小切削热振动切削过程中的热量产生减少，有利于防止工件的热变形和热损伤，提高加工精度。

1113 改善表面质量能够获得更光滑、更低粗糙度的加工表面，提高零件的使用性能和寿命。

超声振动车削加工的研究现状及进展

溢出效应的主要因素，因为每１个单位的技术差距，只能引起参考文献１．％的溢出效应的发生。也就是说，阳市装备制造业内外资１陈涛涛外商直接投资的行业内溢出效应【】Ｂ经济科学出版社，０４２７沈Ｉｊ京： Ⅵ ２０．企业目前的技术差距还不足以能够充分影响外商直接投资的技术溢出效应，内资企业还应该继续提升自身的技术水平，减少与外资企业的技术差距，使自身能够对吸收的溢出效应进行转化
生在２０世纪６０年代对超声振动切削技术完成了大量开创性工
阳市部分大中型国有企业所有制结构不合理，生产设备老化，生我国工业企业的必由之路。外资企业的进入给我国的经济发展
产效率低下，因而造成资不抵债，连年亏损，严重影响了整个产带来了一派繁荣的景象，但是我们同时也应该看到，利用外资企
中图分类号：Ｈ１，Ｇ文献标识码：Ｔ６Ｔ５Ａ
１前言
超声振动切削技术是把超声波振动的力有规律地加在刀具
★来稿日期：０６１— ３２０ — ２２
上使刀具周期性地切削和离开工件的加工技术，是结合超声波技术和传统切削工艺的一种新型切削技术。１本隈部淳一郎先３
个百分点。
极端的情形是，资企业获得垄断地位后，外利用不完善在模型５中，ＡＦＣ与ＦＲ的乘积项的回归系数６显著为的利益，Ｏ获取超额利润，并将利润输回母国。因此，政府正，统计结果表明，外资企业与内资企业的技术差距有利于外资的市场竞争条件，企业的溢出效应，但是从系数上来看，技术差距并不能作为影响在看到引进外资积极面的同时，也应该注意防范风险。

超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展

表面技术第52卷第9期超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展姜帅1，付秀丽1*，王振达1，潘永智1，蒋振峰2（1.济南大学机械工程学院，济南 250022；2.山东淄博大亚金属科技股份有限公司，山东淄博 255318）摘要：首先，阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点，着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。

其次，分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的研究成果与进展，并且比较了超声椭圆振动切削与传统加工在加工性能、工件表面质量和加工精度等方面的加工优势与适用范围，以及不同超声振动装置在各切削加工中所能获得的加工效果。

最后，对超声椭圆振动切削装置的发展趋势进行了总结和展望，指出该装置发展将朝着结合能场的方向发展。

关键词：超声椭圆振动切削；超声椭圆振动切削装置；加工性能；复合超声振动；双激励；单激励中图分类号：TG506.5 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)09-0010-13DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.09.002Research Status and Progress of Ultrasonic Elliptical VibrationCutting Technology and Device ApplicationJIANG Shuai1, FU Xiu-li1*, WANG Zhen-da1, PAN Yong-zhi1, JIANG Zhen-feng2(1. School of Mechanical Engineering, University of Jinan, Jinan 250022, China;2. Shandong Zibo Daya Metal Technology Co., Ltd., Shandong Zibo 255318, China)ABSTRACT: Firstly, the technology, principle and device characteristics of ultrasonic elliptical vibration cutting were introduced. The formation mechanism of elliptical orbit, the characteristics of each part of the device and its main application types and materials were discussed emphatically. The structure of ultrasonic elliptical vibration cutting device mainly included four parts: ultrasonic generator, ultrasonic transducer, horn and cutter head. In ultrasonic elliptical vibration cutting, the high-frequency elliptical ultrasonic structures mainly included piezoelectric transducer, composite variable cross-section horn and polycrystalline diamond tool. Secondly, two methods of ultrasonic elliptical vibration cutting were introduced. One was to excite two groups of piezoelectric ceramic stacks with electrical signals to generate two one-dimensional vibrations with phase difference. The other was to excite a group of piezoelectric ceramic laminates with electrical signals to generate one-dimensional vibration, which was induced into composite vibration under the action of special mode conversion horn. The research results of收稿日期：2022-06-09；修订日期：2022-09-28Received：2022-06-09；Revised：2022-09-28基金项目：国家自然科学基金面上项目（52175408）；山东省自然科学基金重点项目（ZR2020KE022）；山东省自然科学基金面上项目（ZR202102280460）Fund：General Program of National Natural Science Foundation of China (52175408); Key Project of Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2020KE022); General Program of Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR202102280460)引文格式：姜帅, 付秀丽, 王振达, 等. 超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展[J]. 表面技术, 2023, 52(9): 10-22.JIANG Shuai, FU Xiu-li, WANG Zhen-da, et al. Research Status and Progress of Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting Technology and Device第52卷第9期姜帅，等：超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展·11·domestic and foreign scholars on the structural design of composite ultrasonic vibration devices such as longitudinal bending composite materials were analyzed. Under these two excitation modes, there were longitudinal torsional composite materials, composite double bending and bending torsional composite materials. It mainly included the design of ultrasonic transducer and horn structure, and also mentioned the research and development of the device in frequency degeneracy and other optimization.Based on four kinds of composite ultrasonic elliptical vibration devices, the machining advantages and application scope of ultrasonic elliptical vibration cutting and traditional machining in machining performance, workpiece surface quality and machining accuracy were compared, as well as the machining effects obtained by different ultrasonic vibration devices in various machining processes. It was pointed out that ultrasonic elliptical vibration machining had the advantages of reducing cutting force, cutting temperature, reducing surface roughness, delaying tool wear, promoting stable chip outflow and improving machining accuracy. Finally, the development trend of the ultrasonic elliptical vibration cutting device was summarized and prospected, and the shortcomings of the previous device research were summarized, such as the small stiffness of the transducer, the low mode conversion efficiency, and the inability to achieve the same frequency resonance, which could be used as a reference for subsequent research. It was pointed out that the ultrasonic elliptical vibration device had gradually expanded from the field of mechanical manufacturing to the field of biopharmaceutical and micro nano manufacturing, and might develop towards the field of binding energy in the future.KEY WORDS: ultrasonic elliptical vibration cutting; ultrasonic elliptical vibration cutting device; processing performance;compound ultrasonic vibration; double excitation; single excitation随着航空航天等领域的飞速发展，产品的形状日渐复杂，对产品加工精度和表面质量要求越来越高[1]，对刀具寿命的要求越来越高，产品的构成材料也越来越广泛，如陶瓷、玻璃、硬质合金、钛合金、铝合金和淬硬钢等硬脆难加工材料。

超声波振动车削的加工精度误差控制

图１超声加工示意图
振动超声车削要求车刀刀尖振动方向和工件旋转的切线方向一
超声波振动车削（以下简称超声车削）是指使车刀以振动频致，弯曲振动超声车削要求振动刀杆的上下平面要平行于车床导，（）如声振系率ｆ２￣５ｚ＝００Ｈ、振幅ａ１￣２ｍ的超声波范围的振动频率和轨。４检查工艺系统的刚度是否达标。果系统刚度不足，ｋ：０５工５检小振幅沿切削方向进行的车削。用这种振动切削，使在普通车统会产生低频振动，件表面会复制低频振纹。（）查声振系统利将在换变幅杆、床上实现超精密加工成为现实，可达到圆度、即圆柱度、平面度、平内部连接处是否产生发热现象。系统内部各处（能器、法兰盘、架、支车刀、块等）果产生较大的摩擦热，将超声能压如会行度、线度均接近零误差，现以车代磨。直实超声车削是一种脉冲切削，刀具与工件完全分离，以没有普量转换为摩擦热，所降低传递至刀尖的能量，使振幅变小从而无法完６检通车削时的“ 刀 ” 象，每个切削瞬间刀刃所处的位置保持不成加工。（）查各连接位置是否符合要求。首先检查位移节点处让现即连接元件和刀架是否振动，位移节点处的法兰盘应没有或振动极变，从而提高了加工精度。即使只有小于Ｏ０ｌ．１ｎｎ的微小吃刀深ｒ其否度，能按预定的切削深度进行精密加工。声车削较普通车削而小；次检查声振系统的其他部位应互相不接触，则无法切削。也超

超声振动切削加工

超声振动切削加工的研究现状及进展摘要：简述了超声振动切削技术的发展、优点及应用领域。

通过将超声振动切削与普通切削比较以及对振动切削过程特点的描述，探讨了超声振动切削的切削机理。

文章还分析了振动切削技术的最新发展, 认为超声振动切削是一项有发展前途的新型技术。

关键词：超声振动切削；难加工材料：切削机理Research of vibration assisted turning cutting technology andIts developmentAbstract：Introduces the history, advantages and application field of the ultrasonic cutting technology(UCT). By compared with ordinary cutting and the characteristics description of the ultrasonic vibration cutting process, explored Ultrasonic vibration cutting of the cutting mechanism. The paper also analyzes an up- to- date vibrating cutting technology and summarizes that the ultrasonic vibration cutting is a promising new technology.Key Words: Ultrasonically vibrating cutting; Difficult - to - machine materials; Cutting Mechanism0 前言超声振动切削技术是把超声波振动的力有规律地加在刀具上，使刀具周期性地切削和离开工件的加工技术, 是结合超声波技术和传统切削工艺的一种新型切削技术。

超声振动钻削的原理

超声振动钻削的原理超声振动钻削是一种应用超声振动的钻孔工艺技术，它利用超声波的机械振动来促进钻头与工件之间的相互作用，从而提高钻削的效率和质量。

其原理主要包括超声振动的发生、传导和作用三个方面。

首先是超声振动的发生。

超声振动的产生是通过将高频电能转换为机械振动能，进而形成超声波。

多数超声振动钻削系统采用的是压电换能器，其内部由陶瓷材料构成的换能器能将电能转换为机械能。

当外加交变电压作用于换能器时，由于压电效应的作用，换能器内部的陶瓷材料会产生相应的压缩变形，进而使结构上固定的反射器或声振头产生弹性振动。

这种振动以高频和微小振幅的形态传导至钻头。

其次是超声振动的传导。

超声波的传输方式有固体传导、气体耦合和液体耦合三种形式，而超声振动钻削主要采用的是固体传导方式。

通过将超声波能量由振动系统传导至钻头，能够充分利用能量，并将其集中到钻头的工作部分。

传导过程中，由于超声波在固体中传播的特性，钻头表面的振动状态经过传导会发生改变，形成相应的振动频率和振幅。

最后是超声振动的作用。

超声振动在钻削过程中能够对切削区域产生直接和间接的影响。

首先，超声振动的直接作用是通过改变切削行为的方式来提高钻削效率和质量。

超声波的振动作用使切削液和切削碎屑在切削点得到更好的清洗和排除，从而减小切削角度和切削力。

其次，超声振动还能对切削加工区域进行间接的改善。

超声振动对切削液和切削碎屑的清洗和排除能减少加工过程中的热量生成和磨损，减少切削环境中的摩擦。

这些作用可以减小钻头与工件之间的摩擦力，降低工件表面的粗糙度，并提高钻削的精度和质量。

总结起来，超声振动钻削的原理是通过超声波的机械振动来促进钻头与工件之间的相互作用，提高钻削的效率和质量。

它通过超声振动的发生、传导和作用，改变切削行为的方式、优化切削加工区域，从而达到提高钻削效果和提高工件表面质量的目的。

在实际应用中，超声振动钻削已经成为一种常用的高效率加工技术，广泛用于航空航天、汽车制造和精密机械加工等领域。

超声振动辅助车削SiCp

表面技术第53卷第6期超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究林洁琼1，于行1，周岩1，谷岩1*，周晓勤2（1.长春工业大学机电工程学院，长春 130000；2.吉林大学机械与航空航天工程学院，长春 130000）摘要：目的研究切屑形成机理对加工过程的影响。

方法超声振动辅助车削技术通过刀具振动的拟间歇切削特征控制切屑尺寸和切屑形态，从而提高了加工表面质量。

针对SiCp/Al复合材料的切屑形成机理，探究常规车削和超声振动辅助车削的切屑形成过程。

研究了颗粒分布对第一变形区变形阶段的影响，以及不同加工方式下切削参数对切屑形态的影响。

最后，描述了切屑自由表面和刀-屑接触界面的颗粒损伤形式，以直观地描述常规车削与超声振动辅助车削SiCp/Al复合材料加工中切屑的形成过程。

结果通过测试加工后工件表面形貌发现超声振动辅助车削的切屑更加连续、切屑尺寸较小的加工表面粗糙度更小，常规车削的表面粗糙度为0.805 μm，超声振动辅助车削的表面粗糙度为0.404 μm，超声振动辅助车削比常规车削的表面粗糙度降低了49.8%。

结论与常规车削相比，超声振动辅助车削有利于减小切屑厚度。

超声振动辅助车削得到的切屑更加连续，避免了切屑碎裂，促进了切屑的顺利排出。

通过对切屑形态进行研究，选择最优切削参数可以有效提高工件表面质量。

关键词：超声振动辅助车削；SiCp/Al；切屑形成机理；颗粒损伤；表面完整性；粗糙度中图分类号：TG663 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)06-0144-13DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.06.013Chip Formation Mechanism and Surface Roughness of SiCp/AlComposites by Ultrasonic Vibration-assisted TurningLIN Jieqiong1, YU Hang1, ZHOU Yan1, GU Yan1*, ZHOU Xiaoqin2(1. College of Electrical Mechanical Engineering, Changchun University of Technology, Changchun 130000, China;2. School of Mechanical and Aerospace Engineering, Jilin University, Changchun 130000, China)ABSTRACT: SiCp/Al is a metal matrix composite. It has excellent properties such as wear resistance, high temperature resistance, and fatigue resistance, and is widely used in fields such as aerospace, automobiles, electronics. The excellent physical and chemical properties of SiCp/Al composite materials have attracted widespread attention from the industry.With the application of SiCp/Al composite materials in these fields, there is an urgent demand for their precision收稿日期：2023-04-06；修订日期：2023-07-03Received：2023-04-06；Revised：2023-07-03基金项目：国家自然科学基金（U19A20104）；吉林省高性能制造及检测国际科技合作重点实验室（20220502003GH）Fund：National Natural Science Foundation of China (U19A20104); Jilin Province Key Laboratory of International Science and Technology Cooperation for High Performance Manufacturing and Testing (20220502003GH)引文格式：林洁琼, 于行, 周岩, 等. 超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究[J]. 表面技术, 2024, 53(6): 144-156.LIN Jieqiong, YU Hang, ZHOU Yan, et al. Chip Formation Mechanism and Surface Roughness of SiCp/Al Composites by Ultrasonic Vibration- assisted Turning[J]. Surface Technology, 2024, 53(6): 144-156.*通信作者（Corresponding author）第53卷第6期林洁琼，等：超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究·145·machining technology, as well as research on machining methods and cutting mechanisms to improve surface quality.In the processing of SiCp/Al composite materials, the smooth discharge of chips and the prevention of chip fragmentation and adhesion on the processed surface can effectively improve the surface quality of the work piece. The effect of chip formation mechanism on the machining process was explored. Ultrasonic vibration assisted cutting technology improved the chip size and shape through the quasi-intermittent cutting characteristics of tool vibration, thereby improving the surface quality of machining. The chip morphology of SiCp/Al composite materials was analyzed through comparative experiments of conventional cutting and ultrasonic vibration assisted cutting. The particle distribution in the shear deformation zone stage and the effect of cutting parameters on chip morphology were studied.The chip morphology of conventional and ultrasonic vibration assisted cutting was compared from three aspects: feed rate, cutting depth and rotational speed. Due to the presence of SiC particles in SiCp/Al composite materials, the material began to deform along the boundaries of the particles, and the effective stress reached the material yield strength for the first time. During the deformation process, the increase of stress might cause particle movement and fracture. Therefore, during the cutting process, due to the continuous changes in the position of the particles cut by the tool, the angle of the boundary line at the beginning of deformation changed, leading to fluctuations in the shear angle within a certain range.And the chip segmentation degree Gs was introduced for quantitative comparison between conventional cutting and ultrasonic vibration assisted cutting experiments. It was found by comparison that the sawtooth degree of conventional cutting was 0.264-0.685, and the sawtooth degree of ultrasonic vibration assisted cutting was 0.085-0.364. The sawtooth shaped chips formed by ultrasonic vibration assisted cutting were not obvious, which avoided the fracture of the free surface of the chip at the crack. Finally, the particle damage forms of the chip free surface and the tool chip contact interface were described to visually describe the chip formation process in conventional cutting and ultrasonic vibration assisted cutting of SiCp/Al composites. Ultrasonic vibration assisted turning with more obvious elastic recovery was beneficial for reducing chip thickness.The chips obtained by ultrasonic vibration assisted cutting are more continuous, avoiding chip fragmentation and promoting the smooth discharge of chips. By observing the surface morphology of the work piece after processing, it is concluded that the smaller and more continuous the chip size, the smaller the surface roughness of the machined surface, while the surface roughness for conventional cutting is 0.805 μm. The surface roughness of ultrasonic vibration assisted turning is0.404 μm. Compared with traditional turning, ultrasonic vibration assisted turning can reduce surface roughness by 49.8%. Byobserving the morphology of chips and selecting the optimal cutting parameters, the surface quality of work piece processing can be effectively improved.KEY WORDS: ultrasonic vibration assisted turning; SiCp/Al; chip formation mechanism; particle damage; surface integrity;roughness近年来，以SiC、TiB等硬质颗粒为主增强的新型金属基复合材料因性能优异而在汽车等领域表现出良好的市场应用价值，然而SiC等增强颗粒的加入，导致加工过程变得困难，例如切削力急剧增大、刀具使用寿命减少以及表面质量下降等，切屑形成过程反映了SiCp/Al复合材料的加工过程，研究SiCp/Al 复合材料的切屑形成，有助于掌握SiCp/Al复合材料的加工状态，对优化SiCp/Al复合材料加工参数有重要意义[1-2]。

超声振动切削的发展现状

超声振动切削的发展现状作者：李征李辉殷振来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2011年第07期摘要：超声振动切削技术具有独特的切削原理和优越的工艺效果，广泛应用于难加工材料。

本文主要介绍了超声振动切削的原理、优点和应用，概述了超声振动切削的国内外发展现状。

关键词：超声振动切削发展现状0 引言随着科学技术的发展，各种难加工的新材料和复合材料在工业中的应用日益广泛，特别是光学玻璃、人工晶体、工程陶瓷等硬脆性材料也得到了极为广泛地应用。

由于材料的高硬度、高脆性和零件结构的复杂性给加工带来了极大的困难，从而限制了新材料和新结构应用范围的进一步扩展。

超声振动切削技术具有独特的切削原理和优越的工艺效果。

它可以明显地提高加工表面质量、加工精度和加工效率，特别是对工程陶瓷等硬脆难加工材料、有色金属的精密加工具有独特的优越性，因而引起了国内外学者的广泛重视。

1 超声振动切削技术超声振动切削是一种脉冲切削。

振动切削过程中，由于刀具有规律的振动，刀具和工件产生周期性的接触与分离，使刀具在振动的一个周期中的极短时间内完成了切削，从而形成了脉冲切削的方式。

超声振动切削的脉冲切削力的平均值要远小于普通切削，一般可减小到普通切削的1/3~1/10。

振动切削中，刀具在振动源驱动下周期性接触、离开工件，切削液可充分进入切削区，切削液使用效果得到提高，刀具的耐用度也得到了提高。

同时，切屑容易顺利排出，加工表面的耐磨性和耐腐蚀性得到提高。

2 国内外研究现状振动切削是一种新型的非传统的特种切削加工方法，它是给刀具（或工件）以适当的方向、一定的频率和振幅的振动，以改善其切削功效的脉冲切削方法。

与普通切削相比，振动切削具有切削力小、切削热降低、工件表面质量高、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。

我国超声加工技术的研究始于50年代末，60年代初，哈尔滨工业大学应用超声车削，加工了一批飞机上的铝制细长轴，取得了良好的切削效果。

超声振动辅助加工原理

超声振动辅助加工原理
超声振动辅助加工是一种利用超声波的振荡来改善和增强传统加工过程的技术。

其原理包括以下几个方面：
1. 振动传递：超声振动辅助加工利用超声波的频率高和振幅小的特点，通过超声波振荡器将机械振动转化为超声波的振动，并通过耦合件将超声波传递到工件表面。

2. 超声波作用：超声波在传递过程中能够产生剧烈的空化效应，即在振动周期中产生气泡，当气泡在周期内崩溃时，产生的冲击波能够产生高频高能量的力量。

这种力量可以改变传统加工过程中的摩擦、变形和切削力等物理现象，从而提高加工效率和改善加工质量。

3. 辅助效果：超声振动对于不同的加工过程有不同的辅助效果。

在切削加工中，超声振动能够减小切削力、降低切削温度，防止刀具磨损；在焊接中，超声振动能够提高焊接速度、增强焊缝质量；在复合材料加工中，超声振动能够改善切削性能、提高材料的切削强度等。

总的来说，超声振动辅助加工通过利用超声波的振荡效应，能够改变传统加工过程中的物理现象，从而提高加工效果和质量。

超声加工的原理

超声加工的原理
超声加工是一种利用超声波在材料上产生高频振动的加工方法。

其原理基于声波的传播和能量转换，通过送入工作物体的声波能量，使材料发生微小的振动。

超声波是由高频振动所产生的，其频率一般在20kHz～50kHz
之间。

超声波通过超声波发生器产生，并由压电陶瓷换能器转换为机械振动。

这种机械振动通过振动强度放大的换能器传入工具头，再传到加工部件上。

在超声加工过程中，加工部件与工具头之间会加入液体，主要是为了冷却和润滑。

液体的流动既可以减少加工产生的热量，又可清洁钢材表面，避免产生热量对材料造成的伤害。

此外，液体的振动还能加速材料表面的摩擦，增强加工过程中的切削作用。

超声加工主要有两种形式：超声振动切削和超声振动焊接。

超声振动切削是通过超声波的高频振动和刀具的旋转作用，将工件上的材料削除。

超声振动焊接则是利用超声振动的能量，通过使两个工件产生相对位移，使其表面接触并形成焊缝，从而实现焊接。

总之，超声加工利用超声波的振动作用，通过加工部件与工具头之间加入液体来实现冷却和润滑，从而实现加工和焊接的目的。

这种加工方法在精密加工、医疗器械制造、电子元件制造等领域具有广泛的应用。

超声振动加工的原理和应用

超声振动加工的原理和应用一、超声振动加工的原理超声振动加工是一种利用超声波的振动作用进行材料加工的技术。

其原理基于超声波的高频振动特性以及材料的力学性质。

超声波通过传导介质（如液体或气体）作用到材料表面，形成微小的振动，从而能够实现对材料的加工。

1. 超声波的产生超声波是指频率高于人类能听到的声音范围（20kHz）的声波。

超声波是通过压电材料产生的，当压电材料受到电场刺激时，会引起材料的尺寸变化，从而产生机械振动。

这种振动通过耦合装置传导到工作表面，形成超声波。

2. 材料处理原理超声波在材料表面产生的振动具有很高的频率和小的振幅，这使其能够产生一系列的微小冲击力。

这些微小冲击力可以破坏材料表面的氧化层或封闭层，提高材料与流体的接触面积。

同时，超声波的振动还可以在材料内部产生与表面不同的应变分布，从而改变材料的物理性质。

二、超声振动加工的应用超声振动加工具有广泛的应用领域，主要是在材料加工、表面处理和生物医学等领域。

1. 材料加工超声振动加工在材料加工领域被用于切削、打磨、抛光和焊接等工艺。

其可以提高加工效率、降低加工成本、改善加工表面质量。

例如，在金属加工中，超声振动刀具可以减小切削力和工具磨损，提高切削质量和加工速度。

在陶瓷加工中，超声振动加工可以提高材料的硬度和强度，提高陶瓷制品的质量。

2. 表面处理超声振动加工在表面处理领域被用于去除氧化层、去除污垢和改善表面质量。

其可以在表面形成微小的波纹或凹凸结构，从而提高材料的表面粗糙度和润滑性。

例如，在汽车制造中，超声振动加工可以用于清洗和涂覆表面，提高汽车零部件的表面质量和耐腐蚀性。

3. 生物医学超声振动加工在生物医学领域具有重要的应用价值。

其可以用于制备纳米颗粒、脂质体和蛋白质复合体等药物载体，并用于药物的输送和释放系统。

此外，超声振动加工还可以用于生物组织的切割、焊接和修复。

例如，在牙科医学中，超声振动加工可以用于洗牙、根管治疗和牙齿修复等手术操作。