Повышение производительности механообработки при вибрационном резании

Труднообрабатываемые материалы получили широкое применение в деталях ракетных двигателей, летательных и аэрокосмических аппаратах. Сплавы, имеющие в своем составе титан, являются сложно обрабатываемыми материалами. Они сочетают в себе высокую твердость и низкую теплопроводность, что приводит к ухудшению характеристик резания. При традиционном резании возникают проблемы, связанные с нагревом режущего инструмента до высокой температуры, с возникновением вибрации, образованием и удалением стружки из зоны резания. Использование вибрации режущего инструмента в процессе обработки позволяет снизить температуру в зоне резания и внешние вибрации, облегчить удаление стружки и уменьшить ее размеры, а также увеличить глубину резания. Вибрация режущего инструмента позволяет уменьшить шероховатость, убрать заусенцы, повысить точность получаемых размеров и производительность механообработки. Рассмотрена микроструктура поверхности, полученная с помощью интерферометра, при различных значениях частоты вращения инструмента. Показано влияние вибрации на формирование стружки.
EDN: YJUTYY, https://elibrary/yjutyy

Литература

[1] Peters M., Kumpfert J., Ward C. et al. Titanium alloys for aerospace applications. Adv. Eng. Mater., 2003, no. 5, pp. 419–427, doi: https://doi.org/10.1002/adem.200310095

[2] Inagaki I., Shirai Y., Takechi T. et al. Application and features of titanium for the aerospace industry. Nippon Steel & Sumitomo Metal technical report no. 106, 2014, pp. 22–27.

[3] Campbell F.C. Manufacturing technology for aerospace structural materials. Elsevier, 2006. 600 p.

[4] Shen X.H., Zhang J.H., Li H. et al. Ultrasonic vibration-assisted milling of aluminum alloy. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2012, vol. 63, no. 1–4, pp. 41–49, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-011-3882-5

[5] Thepsonthi T., Özel T. 3-D finite element process simulation of micro-end milling Ti-6Al-4V titanium alloy: experimental validations on chip flow and tool wear. J. Mater. Process. Technol., 2015, no. 221, pp. 128–145, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.02.019

[6] Zhao X. Features and special processing method for difficult-to-cut material in aviation industry. Aeronautical Manufacturing Technology, 2009, vol. 52, no. 23, pp. 50–51, https://doi.org/10.16080/j.issn1671-833x.2009.23.015

[7] Machado A., Wallbank J. Machining of titanium and its alloys—a review. Proc. Inst. Mech. Eng. B, 1990, vol. 204, no. 1, pp. 53–60, doi: https://doi.org/10.1243/PIME_PROC_1990_204_047_02

[8] Tong J., Wei G., Zhao L. et al. Surface microstructure of titanium alloy thin-walled parts at ultrasonic vibration-assisted milling. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2019, vol. 101, no. 5, pp. 1007–1021, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-018-3005-7

[9] Kei H., Hiroyuki S. Effect of dynamic response and displacement/stress amplitude on ultrasonic vibration cutting. J. Mater. Process. Technol., 2009, vol. 209, no. 9, pp. 490–495, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.10.026

[10] Sui H., Zhang X., Zhang D. et al. Feasibility study of high-speed ultrasonic vibration cutting titanium alloy. J. Mater. Process. Technol., 2017, vol. 247, pp. 111–120, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.03.017

[11] Tan R., Zhao X., Zhang S. et al. Study on ultra-precision processing of Ti-6Al-4V with different ultrasonic vibration-assisted cutting modes. Mater. Manuf. Process., 2019, vol. 34, no. 12, pp. 1380–1388, doi: https://doi.org/10.1080/10426914.2019.1660788

[12] Yip W.S., To S. Tool life enhancement in dry diamond turning of titanium alloys using an eddy current damping and a magnetic field for sustainable manufacturing. J. Clean. Prod., 2017, vol. 168, pp. 929–939, doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.09.100

[13] Nath S., Rahman M., Andrew S.S.K. A study on ultrasonic vibration cutting of low alloy steel. J. Mater. Process. Technol., 2007, vol. 192–193, pp. 159–165, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.04.047

[14] Cook N.H. Chip formation in machining titanium. Proc. Symposium on Grinding of Titanium, 1953, p.1–7

[15] Kirk D.C. Tools and dies for industry. London, Metals Society, 1976, pp. 186–191.

[16] Rinck P., Güray A. Modeling of cutting forces in 1-D and 2-D ultrasonic vibration-assisted milling of Ti-6Al-4V. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2022, vol. 119, no. 1–3, pp. 1807–1819, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-021-08355-x

[17] Gao J., Altintas Y. Chatter stability of synchronized elliptical vibration assisted milling. CIRP J. Manuf. Sci. Technol., 2020, vol. 28, pp. 76–86, doi: https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2019.11.006

[18] Yip W.S., To S. Ductile and brittle transition behavior of titanium alloys in ultra-precision machining. Sci. Rep., 2018, vol. 8, pp. 105–121, doi: https://doi.org/10.1038/s41598-018-22329-2

[19] Hu L. Research on diamond tool wear and its ultrasonic vibration suppression of ultraprecision cutting titanium alloy. PhD Thesis. Harbin Institute of Technology, 2015. 231 p.

[20] Faga M.G., Priarone P.C., Robiglio M. et al. Technological and sustainability implications of dry, near-dry, and wet turning of Ti-6Al-4V alloy. Int. J. of Precis. Eng. and Manuf.-Green Tech., 2017, vol. 4, no. 2, pp. 129–139, doi: https://doi.org/10.1007/s40684-017-0016-z

[21] Zhang X.Q., Kumar A.S., Rahman M. et al. An analytical force model for orthogonal elliptical vibration cutting technique. J. Manuf. Process., 2012, vol. 14, no. 3, pp. 378–387, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2012.05.006