宋宇翔, 董兰, 徐连弟, 别清峰, 殷显鑫, 信海源, 陈守海, 李冠群, 刘德伟, 许文昊, 王晓铭, 杨敏, 李长河
随着全球机动车保有量逐年剧增,由汽车所造成的石油能源匮乏和环境污染问题的破解势在必行,而轻量化技术是减排降碳的核心路径之一。6061铝合金作为一种轻质高强的金属材料,被广泛应用于汽车轻量化薄壁构件的制造。铣削作为薄壁构件制造过程中的核心成形工艺,其加工质量直接决定了零部件的装配精度与服役可靠性。受铝合金低弹性模量与薄壁几何特征耦合效应的影响,构件的动态刚度显著降低,铣削过程瞬时力的变化极易导致工件颤振产生加工变形。基于断续切削效应的超声振动铣削是实现加工过程调控的有效方案。然而,相比于铁碳合金等其他材料,铝合金的高塑性导致传统铣刀在高频超声下的断屑能力不足,严重制约了关键零部件轻量化进程与服役安全。通过多刃切削促进切屑断裂的不等螺旋角铣刀有望改善上述技术瓶颈。然而,考虑超声振动与刀具几何参数优化协同作用下瞬时铣削力的力学行为规律尚未揭示完善,无法从理论层面实现铣削力的有效预测。基于此,考虑薄壁构件铣削变形,结合超声作用下的刚度强化和断续切削效应以及不等螺旋角铣刀的结构特性,基于离散化单元体建立瞬时铣削力模型;开展超声振动不等螺旋角铣削薄壁工件的探索性实验,探究不同超声频率下传统铣刀和不等螺旋角铣刀的铣削性能;通过数值分析的方式,揭示超声振动不等螺旋角铣削的铣削力作用规律。结果表明,超声振动不等螺旋角铣削能够显著改善铣削力,相比于传统铣削,40 000 Hz超声频率下,铣削力Fx、Fy、Fz分别降低45.63%、42.13%、32.87%。铣削力理论值与实验值在Fx的误差为6.67%,验证了模型的准确性,为汽车轻量化薄壁件加工提供理论支撑和技术指导。
