Повышение производительности механической обработки за счет применения вибрационного резания

Традиционные методы механической обработки сопряжены с рядом фундаментальных технологических ограничений. К ним относятся значительное тепловыделение в зоне резания, приводящее к повышенному износу инструмента и термическим деформациям заготовки, развитие нежелательных автоколебаний (вибраций), негативно влияющих на точность и качество поверхности, а также проблемы, связанные с формированием и удалением стружки, способные вызывать повреждение обработанной поверхности. Применение методов вибрационного резания служит перспективным направлением для преодоления указанных ограничений. Придание режущему инструменту или заготовке контролируемых колебаний определенной частоты и амплитуды принципиально изменяет динамику процесса резания. Механизм воздействия вибраций заключается в периодическом нарушении непрерывного контакта инструмента со стружкой и заготовкой. Это приводит к ряду положительных эффектов: существенному снижению температуры в зоне резания за счет улучшения теплоотвода в периоды отсутствия контакта, эффективному демпфированию паразитных вибраций благодаря прерывистости процесса, облегчению слома и удаления стружки вследствие ее динамического разрушения на мелкие сегменты, а также к возможности увеличения глубины резания без роста негативных явлений. Совокупность указанных эффектов метода вибрационного резания позволяет достичь значительного улучшения технологических показателей процесса. В результате обеспечивается снижение шероховатости обработанной поверхности, минимизируется заусенцеобразование, повышается точность соблюдения геометрических параметров детали и, как следствие, существенно растет производительность механической обработки при одновременном повышении стойкости режущего инструмента.

Литература

[1] Peters M., Kumpfert J., Ward C. H., Leyens C. Titanium Alloys for Aerospace Applications. Titanium and Titanium Alloys. Advanced Engineering Materials, 2003, vol. 5, no. 6, pp. 419–427. https://doi.org/10.1002/adem.200310095

[2] Inagaki I., Shirai Y., Takechi T., Ariyasu N. Application and Features of Titanium for the Aerospace Industry. Nippon STEEL SUMITOMO Met. Tech. Rep., 2014, vol. 106, pp. 22–27.

[3] Campbell F.C. Manufacturing technology for aerospace structural materials. New York, Butterworth-Heinemann Publication, Elsevier Science, 2006.

[4] Xue-Hui Shen, Jian-Hua Zhang, Hua Li. Ultrasonic vibration-assisted milling of aluminum alloy. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2012, vol. 63, pp. 41–49. https://doi.org/10.1007/s00170-011-3882-5

[5] Moriwaki T., Shamoto E., Inoue K. Ultraprecision ductile cutting of glass by applying ultrasonic vibration. CIRP Annals — Manufacturing Technology, 1992, vol. 41, pp. 141–144. https://doi.org/10.1016/s0007-8506(07)61171-8

[6] Suzuki N., Nakamura A., Shamoto Eiji. Ultraprecision micromachining of hardened steel by applying ultrasonic elliptical vibration cutting. Proceedings of 2003 International Symposium on Micromechatronics and Human Science, Nagoya, Japan, IEEE Xplore, 2003, pp. 221–226. https://doi.org/10.1109/MHS.2003.1249936

[7] Weber H., Herberger J., Pilz R. Turning of machinable glass ceramics with an ultrasonically vibrated tool. Annals of the CIRP, 1984, vol. 33, pp. 85–87.

[8] Xiao M., Karube Shu, Soutome T., Sato K. Analysis of chatter suppression in vibration cutting. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2002, vol. 42, pp. 1677–1685.

[9] Klocke F., Rubenach O. Ultrasonic-assisted diamond turning of glass and steel. Industrial Diamond Review, 2000, vol. 60, pp. 227–239.

[10] Weber H., Herberger J., Pilz R. Turning of machinable glass ceramics with an ultrasonically vibrated tool. Annals of the CIRP, 1984, vol. 33, pp. 85–87.

[11] 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.

[12] Jun-Yun Chen, Tian-Ye Jin, Xi-Chun Luo. Key machining characteristics in ultrasonic vibration cutting of single crystal silicon for micro grooves. Advances in Manufacturing, 2019, vol. 7, pp. 303–314.

[13] Klopfstein M., Ghisleni R., Lucca D. Surface characteristics of micro-ultrasonically machined (100) silicon. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2008, vol. 48, pp. 473–476.

[14] Zhang J., Cui T., Ge C. et al. Review of micro/nano machining by utilizing elliptical vibration cutting. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2016, vol. 106, pp. 109–126.

[15] Xin Quan Zhang, Shamsul Arefin, Senthil Kumar, Kui Liu. Elastic and plastic chip deformation mechanism in 1D vibration-assisted metal cutting. 4th CIRP Conference on Surface Integrity, 2018, vol. 71, pp. 309–312.