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(2)超声车削对表面质量的影响
①表面粗糙度。图6-33是超声车削和普通车削20钢时切削速度对表面粗糙度的影响规律。
由图6-33(a)可知,普通车削20钢时,Ra-曲线具有ab、bc、cd三个区段。在ab段,切屑不连续,切削过程不平稳,时有啃切现象发生,随着切削速度的提高,表面质量逐渐得到一定改善;在bc段,积屑瘤影响较严重,在c点附近、表面粗糙度Ra值最大;在cd段,随着切削速度的提高,积屑瘤的影响逐渐减弱,表面又逐渐趋于平整。因此,在普通车削时,从低速开始,在相当大的一段速度范围内,表面粗糙度受许多因素的影响,是不稳定区。由于超声车削可以有效地降低摩擦撕裂、表面塑性变形、各种突起、皱折和积屑瘤的影响。而且,即使在很低的切削速度下,也能排出松螺旋卷式的带状屑,使切削过程平稳,因此,Ra- 曲线出现了与普通车削完全不同的规律。它也有三个区段[见图6-33(b)、(c)、(d)],段大致为一水平线,使普通车削的不稳定区变成了稳定区。在这一区段内,超声车削效果最佳,能大幅度地降低表面粗糙度Ra值,因此是主要利用的速度范围。超声车削能把普通车削的不稳定区变成稳定区,对于某些只能进行中低速车削的零件加工具有重要意义(例如,直径很小的零件可以采用超声车削)。在b'c'段,随着切削速度的提高,曲线逐渐上升,出现一段回升区。这是因为切削速度接近 时。超声车削的分离特性和刚性化效果逐渐减弱,超声车削的效果逐渐消失,表面塑性变形增大,从而接近采用普通车削的试验结果。根据对表面粗糙度的不同要求,这个区段的前半部有时也是可以利用的。在c'd'段,切削速度接近或超过 以后,超声车削和普通车削的曲线接近一致,超声车削效果基本消失,是失效区。比较图6-33(b)、(c)、(d)可知,超声车削的临界切削速度 对稳定区的长度具有很大影响,越高,稳定区越长,回升区越短。
增大临界切削速度的有效方法之一是增大振幅,图6-34是在切削速度固定不变的条件下,表面粗糙度与刀尖振幅的关系曲线。振幅由小到大增加时,表面粗糙度值逐渐减小,但在本试验范围内,当振幅增大到某一值以后,Ra-a曲线基本保持水平,说明所选定的切削速度已进入稳定区。这时,再增大振幅,表面粗糙度值基本不变,只能起到提高临界切削速度、提高加工效率、延长车削速度稳定区的作用。
增大临界切削速度的有效方法之二是提高振动频率。例如,将目前常用的振动频率20kHZ提高到40kHz,则在振幅不变的情况下,临界切削速度和加工效率就可提高一倍。
增大临界切削速度的有效方法之三是同时提高振幅和振动频率。这就需要增大超声波发生器的输出电功率。
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