Повышение качества обрабатываемой поверхности вибрационным резанием

Обработка хрупких материалов вызывает сложности из-за их склонности к образованию трещин во время резания. Обеспечить высокопроизводительный процесс обработки довольно трудно, поскольку глубина резания составляет несколько микрометров, а для анизотропных монокристаллов, таких как KDP и DKDP, менее одного микрометра. В статье представлен метод повышения производительности и качества обработки поверхностей хрупких материалов с применением вибрационного резания без образования поверхностных и подповерхностных трещин. Рассмотрены основные применяемые методы вибрационной обработки, к которым относятся 1D (виброперемещение в одном направлении) и 2D (виброперемещение в двух направлениях) вибрация, их основные преимущества и недостатки. Данный метод рационально применять при обработке труднообрабатываемых и хрупких материалов.

Литература

[1] Akbar F., Mativenga P.T., Sheikh M.A. An experimental and coupled thermos-mechanical finite element study of heat partition effects in machining. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2010, vol. 46, pp. 491–507. https://doi.org/10.1007/s00170-009-2117-5

[2] Zhang X.Q., Arif M., Liu K., Anantharajan S.K. A model to predict the critical undeformed chip thickness in vibration-assisted machining of brittle materials. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2013, vol. 69, pp. 57–66. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2013.03.006

[3] Chen W., Zheng L., Teng X., Yang K., Huo D. Cutting Mechanism Investigation in Vibration-Assisted Machining. Nanomanufacturing and Metrology, 2018, vol. 1, pp. 268–276. https://doi.org/10.1007/s41871-018-0031-x

[4] Zhang X.Q., Arefin S., Kumar S., Liu K. Elastic and plastic chip deformation mechanism in 1D vibration-assisted metal cutting. 4th CIRP Conference on Surface Integrity, 2018, vol. 71, pp. 309–312. https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.05.027

[5] Chavoshi S.Z., Goel S., Luo X. Influence of temperature on the anisotropic cutting behavior of single crystal silicon: A molecular dynamics simulation investigation. Journal of Manufacturing Processes, 2016, vol. 23, pp. 201–210. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2016.06.009

[6] Kim J.D., Choi I.H. Micro surface phenomena of ductile cutting in the ultrasonic vibration cutting of optical plastics. Journal of Materials Processing Technology, 1997, vol. 68, pp. 89–98. https://doi.org/10.1016/s0924-0136(96)02546-0

[7] Wang X., Song C., Tong J., Li L., Wu M., Zhao B. Study on the influence of ultrasonic-assisted cutting on the surface quality of CFRP. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2022, vol. 131, pp. 1989–2000. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-2195027/v1

[8] Chen J.-Y., Jin T.-Y., Luo X.-C. Key machining characteristics in ultrasonic vibration cutting of single crystal silicon for micro grooves. Advances in Manufacturing, 2019, vol. 7, pp. 303–314. https://doi.org/10.1007/s40436-019-00263-4

[9] Brehl D.E., Dow T.A. Review of vibration-assisted machining. Precision Engineering, 2008, vol. 32, pp. 153–172. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2007.08.003

[10] Ma C., Shamoto E., Moriwaki T. Study on the Thrust Cutting Force in Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting. Mater Sci Forum, 2004, vol. 471, pp. 396–400. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.471-472.396

[11] Negishi N. Elliptical vibration-assisted machining with single crystal diamond tools. MS thesis, North Carolina State University, 2003.

[12] Zhang X., Arif M., Liu K. A model to predict the critical undeformed chip thickness in vibration-assisted machining of brittle materials. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2013, vol. 69, pp. 57–66. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2013.03.006

[13] Zhu Z., To S., Xiao G. et al. Rotary spatial vibration-assisted diamond cutting of brittle materials. Precision Engineering, 2015, vol. 44, pp. 211–219. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2015.12.007

[14] Rongkai T., Xuesen Z., Shuo Z., Xicong Z. Study on ultra-precision processing of Ti–6Al–4V with different ultrasonic vibration-assisted cutting modes. Materials and Manufacturing Processes, 2019, № 34, pp. 1380–1388.

[15] Zhang X.Q., Rahman M., Nath C. An analytical force model for orthogonal elliptical vibration cutting technique. J. Manuf. Processes, 2012, № 14, pp. 378–387.