超聲振動切削加工機理及切削性能分析

李仁鎖，鄒愛成，寧曉明

（桂林航天工業(yè)學(xué)院，廣西 桂林541004）

0 引言

陶瓷材料因為其耐酸堿、高硬度、耐磨損等性能特點，廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、鋼鐵、航空航天、化工等領(lǐng)域[1]，但由其延展性差等特點造成加工時容易產(chǎn)生裂紋和燒傷缺陷[2]，需研究新的加工方法。超聲振動加工是近年來新興針對工程陶瓷等難加工材料的加工方法。許多國家重點研究和開發(fā)高強度高韌性陶瓷及復(fù)合材料、耐熱沖擊陶瓷、陶瓷的粘接、加工技術(shù)[3]。也有人運用有限元法，用（JH-2）模型，初步分析了從有限元模型中如何去除陶瓷材料，以及工程陶瓷材料裂紋機理等[4-6]。在查閱相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，本文對工程陶瓷類零部件普通車削加工的機理進行了探索研究，并對工程陶瓷類零部件普通車削加工進行有限元模擬，以期對陶瓷切削的實際加工和后期研究提供一些理論參考。

1 材料選擇及切削參數(shù)

常見工程陶瓷材料中Al2O3陶瓷材料具有最穩(wěn)定的化學(xué)性能和較強的機械強度，應(yīng)用比較廣泛。所以本文切削工件材質(zhì)為95氧化鋁陶瓷，切削速度范圍為108 m/min～180 m/min，換算成有限元中的綱量單位為1 700 mm/s～3 000 mm/s。切削深度給定為0.1 mm。

2 有限元仿真建模

采用的實際車削模型為：工件為直徑50 mm直徑的圓柱氧化鋁陶瓷棒料，背吃刀量為0.1 mm，切削轉(zhuǎn)速范圍為573～1 146 r/min。從圓柱氧化鋁陶瓷棒料實際形狀中取一個長方體微元，刀具與棒料的旋轉(zhuǎn)切削運動轉(zhuǎn)化為刀具相對于長方體模型的直線運動，如圖1。

圖1 工件及刀具模型裝配圖

切削轉(zhuǎn)速需轉(zhuǎn)化為削速度。……