[发明专利]一种基于超声椭圆振动切削技术的钛合金超精密加工方法

说明书

本发明公开了一种基于超声椭圆振动切削技术的钛合金超精密加工方法，所述方法步骤如下：一、调节和控制超精密加工实验室的温度、湿度和空气洁净度；二、机床试运行；三、超声椭圆振动切削系统调试；四、超声椭圆振动切削装置的安装；五、钛合金材料安装；六、粗切；七、半精切；八、精切；九、超声椭圆振动辅助切削；十、关停超精密机床和超声椭圆振动切削系统，取下钛合金工件并用无水乙醇清洗，干燥后进行保存，得到超声椭圆振动切削技术加工的超精密钛合金表面。本发明采用超声椭圆振动切削技术来实现钛合金的超精密加工，具有能够有效抑制刀具磨损、抑制加工表面的凹坑和微裂纹、提高工件表面完整性以及有效降低工件亚表层损伤深度等优点。

技术领域

本发明属于精密和超精密切削技术领域，涉及一种钛合金材料的超精密切削工艺方法。

背景技术

铁合金因其具有高强度比、低密度、耐高温、耐腐蚀等优点而被广泛应用于航空航天、海洋工程、生物医学及汽车工业等行业。近年来随着科学技术的进一步发展，对典型钛合金零件的加工精度要求越来越高。然而，钛合金材料具有低热导率、低弹性模量、髙温下高强度等材料属性，使得在切削钛合金过程中通常伴随着高的切削温度以及极快的刀具磨损。因此，难以用普通的切削方法来完成钛合金材料的超精密加工。如何实现钛合金材料超精密加工的同时保证零件的生产效率已经成为钛合金超精密加工必须要突破的关键技术。

目前钛合金的超精密加工主要采用磨削和车削等工艺手段。在钛合金磨削过程中存在磨削力大、磨削温度高、磨削过程中变形复杂、砂轮粘附严重等问题。因此，其加工质量不易控制、加工效率低、制造成本高且工艺可重复性差。金刚石车削技术是目前实现金属材料超精密加工最有效的技术，最有可能实现钛合金超精密加工。然而，钛合金材料在超精密切削加工过程中存在两个极端问题：切削温度高和极快地刀具磨损。在高温作用下钛合金容易与金刚石刀具材料发生化学反应，容易在刀具的前刀面形成积屑瘤。并且钛合金的弹性模量小，材料容易发生回弹，这使得刀具后刀面与已加工表面产生严重的摩擦，进一步提高切削温度、加快刀具磨损。此外，在金刚石车削钛合金过程中伴随着刀具的颤振。因此，在切削表面上存在大量的麻点且刀具磨损快，表面粗糙度值难以得到保证，这给钛合金的超精密切削带来了很大的困难。

发明内容

为了解决现有钛合金材料超精密切削过程中切削温度高、刀具磨损快、刀具颤振、加工表面存在大量麻点的问题，本发明提供了一种基于超声椭圆振动切削技术的钛合金超精密加工方法。该方法采用超声椭圆振动切削技术来实现钛合金的超精密加工，具有能够有效抑制刀具磨损、抑制加工表面的凹坑和微裂纹、提高工件表面完整性以及有效降低工件亚表层损伤深度等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于超声椭圆振动切削技术的钛合金超精密加工方法，包括如下步骤：

一、准备工作：调节和控制超精密加工实验室的温度、湿度和空气洁净度，其中：温度控制在20±0.1℃，湿度控制在35±5%，洁净度控制在1000级以上；

二、机床试运行：启动超精密机床，检查机床各个轴系的工作特性是否正常，待机预热直至超精密机床达到热稳定；

三、超声椭圆振动切削系统调试：启动超声椭圆振动切削系统，待机直至其工作稳定；利用激光测位仪对刀具尖端轴向和垂直方向的振动信息进行采集，得到其刀具尖端输出振动轨迹信息；

四、超声椭圆振动切削装置的安装：将超声椭圆振动切削装置安装在超精密机床的Z导轨上，并且完成对刀；

五、钛合金材料安装：将钛合金工件安装在超精密机床主轴的真空吸盘上，并完成钛合金工件的动平衡调整；