题目：难加工材料振动钻削和振动铰削的研究

本文针对航空发动机中关键件的钻削问题以及小口径火炮身管和大口径火炮药室的钻铰问题，对铸造镍基高温合金K24的振动钻削和小口径火炮身管的振动钻铰问题进行了深入、系统的研究。 从低频振动钻铰的运动学特性出发，分析了轴向振动钻铰的变速特性和动态角度特性以及变厚切屑特性和分离断屑特性。当振动参数和切削用量选择合适时，低频振动钻铰切削不仅具有分离特性和几何断屑特性，可以实现加工过程中的完全几何断屑，而且可以根据加工的具体条件主动控制切屑的大小，从而圆满地解决难加工材料和深孔加工中的断屑问题。 低频振动铰削副切削刃的斜角切削使副切削刃的工作前角增大，工作后角减小，而且使副切削刃钝圆半径减小，从而使极限最小切削厚度减小、已加工表面回弹量降低。副切削刃钝圆半径的减小增强了副切削刃的微细切削能力，使副切削刃产生了锋利化效果。低频振动铰削副切削刃的锋利化效果降低了已加工表面的回弹量，是振动铰削降低表面粗糙度的重要原因之一。普通铰削的孔表面除了铰刀刀尖形成的刀纹以外，还有大量较深的犁沟和鳞刺，这些犁沟和鳞刺的产生主要是由于在铰削过程中铰刀主切削刃与副切削刃连接处生成了积屑瘤所致。振动铰削从根本上抑制积屑瘤和鳞刺的形成，从而避免了积屑瘤在加工表面上切出的犁沟和由积屑瘤导致的鳞刺，是振动铰削降低表面粗糙度最主要的原因。振动铰削时副切削刃对已加工表面的冲击熨压作用，是振动铰削降低表面粗糙度的另一重要原因。 用硬质合金钻头钻削K24最主要的失效形式是后刀面磨损和主切削刃的微崩；宜采用较低的切削速度和较小的进给速度或进给量，以提高刀具的使用寿命。多刃错齿内排屑（BTA）深孔钻振动钻削小口径火炮身管，使表面粗糙度Ra比普通钻削可以提高一级，振动钻削的身管内膛表面非常光滑，没有明显的加工缺陷，振动钻削的身管内膛表面质量要好于普通钻削的表面质量。采用BTA深孔钻振动钻削小口径火炮身管可以使内膛直径分散性更小。 双刃浮动铰刀振动铰削小口径火炮身管，使表面粗糙度Ra比普通铰削至少提高了三级，表面粗糙度Ry不到普通铰削的1/5；四刃深孔铰刀振动铰削小口径火炮身管，使表面粗糙度Ra比普通铰削也至少提高了三级，表面粗糙度Ry不到普通铰削的1/14。采用双刃浮动铰刀和四刃深孔铰刀低频振动铰削小口径火炮身管能够从根本上解决小口径火炮身管内膛铰削加工存在的诸多问题，是提升火炮身管内膛制造质量和降低成本的十分有效的方法。 对超声－低频复合振动铰削进行了探索性研究。采用解析法对超声轴向振动换能器进行设计，建立超声－低频复合轴向振动铰削系统。在本文的实验条件下，超声－低频复合振动铰削的表面质量优于超声振动铰削和低频振动铰削，而普通铰削的表面质量最差。