Вибрационное и ультразвуковое резание материалов

Расчетная и экспериментальная (Д. Кумабэ) зависимости силы резания от скорости при вибрационной резке алюминия

Разработана математическая модель, позволяющая прогнозировать эффекты ультразвукового резания материалов и эффективно контролировать параметры данного процесса. Модель основана на применении современных разработок в области механики и физики динамического разрушения материалов. Учет и измерение структурно-временных параметров процесса разрушения позволяет получать и контролировать эффекты снижения энергоемкости и резкого падения интенсивности силовых характеристик при правильной комбинации динамических (ултразвуковых) и квазистатических режимов воздействия.   Работа выполняется  совместно с университетом г. Лавборо (Великобритания).

Технология вибрационного резания используется на практике достаточно давно. Особенность данного вида обработки заключается в том, что на кончик режущего инструмента накладываются дополнительные колебания. Частота этих колебаний находится в ультразвуковом диапазоне (обычно 20 КГц ), поэтому данный способ обработки иногда называют ультразвуковым резанием.

Опытным путем было получено, что существенные отличия от традиционного способа обработки достигаются при наложении ультразвуковых колебаний в направлении резания. Одним из главных преимуществ этого метода обработки является значительное снижение силы давления на режущий инструмент. Также улучшается качество обрабатываемой поверхности: уменьшается шероховатость, повышается коррозионная стойкость. При этом износ резца во время резания с ультразвуковыми вибрациями гораздо меньше, чем во время традиционного способа обработки. Все вышеперечисленные отличия наблюдаются при низких скоростях подачи материала, как только скорость обработки достигает или превышает критическое значение. 

Было предложено энергетическое обяснение уменьшению силы резания при вибрационной обработке металлов. Была произведена оценка энергии, необходимой для иницирования в среде пороговых разрушающих импульсов в результате контактного взаимодействия. Оказалось, что при определённых длительностях воздействия затрачивается минимальное количество энергии. Таким образом, наложение вибраций приводит к энергетически выгодному режиму воздействия, что и способствует снижению усилий при обработке.