外文翻译--航空材料超声辅助车削的仿真与实验研究中文版.doc

Ultrasonically assisted turning of aviation materials :simulations and experimental study V.I.Babitsky,A.V.Mitrofanov V.V.Silberschmidt, Abstract Ultrasonically assisted turning of modern aviation materials is conducted with ultrasonic vibration(frequency f=20KHz amplitude a =15μm ) superimposed on the cutting tool movement.An autoresonant control system is used to maintain the stable nonlinear resonant mode of vibration through out the cutting process. Experimental comparison of roughness and roundness for workpieces machined conventionally and with the superimposed ultrasonic vibration, results of high-speed filming of the turning process and nanoindentation analyses of the microstructure of the machined material are presented.The suggested finite-element model provides numerical comparison between conventional and ultrasonic turning of Inconel 718 in terms of stress/strain state,cutting forces and contact conditions at the workpiece/ tool interface. KEYWORDS:Ultrasonic,machining,Turning,Finite element modelling, Microstructure 航空材料超声辅助车削的仿真与实验研究 莱斯特，拉夫堡大学机械工程专业 摘要 超声辅助切削现代航空材料，即把f=20KHz，a=15μm1 绪论 车削就是利用锋利的楔形切削刀具把工件表层材料从圆柱形工件上去除的加工过程。这项技术被用于各种金属材料的加工已有几百年的历史了。然而，在最近几十年里，各种合金和复合材料的广泛应用于各个工程领域。有许多新材料已经很难用已有的普通的（CT）车削工艺去加工了，常规加工方法在应用于航天领域的镍钛合金不锈钢的加工中，即使是相对较低的切削速度，也能引起较高的的切削温度，随之而来的就是更严重的刀具磨损。这些棘手的材料出现，使得先进加工方法更加的刻不容缓。 图 1 高频超声波振动叠加在常规切削刀具上（图1），早在19世纪60年代就已经被关注和研究，事实证明，不但对于超硬合金材料的加工，而且对像陶瓷、玻璃这样的脆性材料的加工上，这种方法都是行之有效的。超声振动辅助车削（UAT）比起常规加工工艺来，切削力相当于以前的【1-4】倍，表面光洁度提高将近50%，并且噪音降低。至于加工脆性材料例如玻璃和陶瓷材料，当前技术需要长时间的昂贵的后期精加工才能保证光学材料所要求的表面质量。而UAT则可以在刀具低损耗和低切削力的同时，获得镜面加工面。 不过到目前为止，UAT还没有被广泛应用于工业领域，其中很重要的原因是超声切削过程中的灵敏度很高，导致了切削效率的降低，当更换刀片或者切削载荷改变时.然而，这种不足最近已经随着自响应控制系统的发明改变了。这个系统使得超声切削过程稳定而且可以方便的控制。这个新型控制系统的详细说明在【9.10】.本论文的试验部分则比较研究了自响应控制系统的UAT与常规切削 　　另外一个重要的UAT的问就是力学机械学问题，我们只有很少的研究资料关于工件与刀具相互作用区域以及他们对所加工材料结构的影响【3.6.11】。这些著作大部分研究超声波加工机装置的力学问题而不是加工材料对超声切削的响应问题。当有一个清晰地认识到这一过程，UAT加工肯定会得到进一步发展。本文的主要目的是研究与数值模拟的UAT过程中的材料力学。 2 实验研究 　　研究UAT的实验装置如图1所示。工件被固定在万能车床上匀速旋转 高频电脉冲输入到超声换能器，激发耐压陶瓷套的振动。振