[发明专利]一种难加工复合材料TiB2/7050Al的超声振动辅助铣削加工方法

说明书

本发明公开了一种难加工复合材料TiB₂/7050Al的超声振动辅助铣削加工方法，选用TiAlN涂层硬质合金平底铣刀，并将该刀具安装在超声刀柄上；削加工过程中，在机床主轴上沿着轴向方向施加周期性高频率低振幅的振动，在铣削加工过程中刀具与工件相对运动发生改变，利用刀具与工件间的周期性分离与撞击效应，通过选择合理的超声振动辅助铣削加工工艺参数，以减小工件加工表面粗糙度值、增大加工表面残余压应力值。采用轴向超声振动辅助铣削的加工方法对复合材料TiB₂/7050Al进行铣削加工，在同等加工条件下超声振动辅助铣削加工中加工表面粗糙度得到明显降低，且加工表面残余压应力值得到明显提高。

技术领域

本发明涉及超声振动辅助切削加工技术领领域，具体地说，涉及一种新型难加工复合材料TiB₂/7050Al的轴向超声振动辅助铣削加工方法。

背景技术

TiB₂/7050Al是一种新型颗粒增强铝基复合材料，材料中的增强颗粒在铝基体中原位反应直接生成，其尺寸细小在纳米和亚微米级、外形圆整、界面干净、颗粒与基体之间具有良好的相容性，展现出良好的力学性能，具有高比强度、高比模量、耐疲劳的特性，在航空、航天、汽车、电子、体育用品诸多领域具有广泛的应用前景。但是，由于复合材料TiB₂/7050Al中硬质TiB₂增强颗粒的存在，使其在机械加工中成为一种典型的难加工材料。

现有公开的技术文献，Netherlands，Yifeng Xiong等研究人员发表的论文“Surface integrity of milling in-situ TiB2 particle reinforced Al matrixcomposites”(《International Journal of Refractory Metals and Hard Materials》，(54)2016,407-416)中,采用4刃平底不带涂层的硬质合金刀具对复合材料TiB₂/7050Al进行铣削加工，并对加工表面完整性进行研究，结果发现在采用该加工方法加工这种材料时，加工表面粗糙度值比较大。Germany，Yifeng Xiong等研究人员发表的论文“Machinabilityof in situ TiB₂ particle reinforced 7050Al matrix composites with TiAlNcoating tool” (《International Journal of Advanced Manufacturing Technology，97(2018) 3813–3825)中采用4刃平底TiAlN涂层刀具对复合材料TiB₂/7050Al进行铣削来研究其机械加工性能，发现该材料在加工过程中表面粗糙度值比较大并且表面残余压应力数值比较小。在上述两篇文章的研究中发现对复合材料TiB₂/7050Al 采用普通铣削方法进行加工会出现加工表面粗糙度值大、表面残余压应力低的缺陷。疲劳是机械加工零部件的主要失效形式，并且在金属材料的机械加工过程中加工表面质量、粗糙度以及表面残余应力会对零部件的疲劳强度产生重要的影响。然而，采用普通铣削加工复合材料TiB₂/7050Al出现的粗糙度值大、表面残余压应力小会对零部件的疲劳强度产生影响，限制了复合材料TiB₂/7050Al 在工业上的应用与推广。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，克服普通铣削加工复合材料TiB₂/7050Al出现的粗糙度值大、表面残余压应力小会对零部件的疲劳强度产生影响，本发明提出一种难加工复合材料TiB₂/7050Al的超声振动辅助铣削加工方法；其采用轴向超声振动辅助铣削的加工方法，在铣削加工过程中在机床主轴上沿着轴向方向施加周期性高频率低振幅的振动，在铣削加工过程中刀具与工件相对运动发生改变，利用刀具与工件间的周期性分离与撞击效应，通过合理的选择加工参数来获得较小的加工表面粗糙度值和较大的表面残余压应力值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是: