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7075铝合金超声振动铣削仿真研究
摘要
本文研究了7075铝合金的超声振动铣削仿真过程。通过建立三维有限元模型，分析了铣削刀具与工件之间的动态接触力，验证了超声振动铣削过程中的铣削效果。在不同轴向振动幅度和不同振动频率下，对7075铝合金的加工表面质量和加工效率进行了研究分析，结果表明：在一定范围内，超声振动铣削能够有效提高加工表面质量和加工效率，且振幅和频率均对加工效果有重要影响。本文研究对于优化7075铝合金的加工工艺具有重要的意义。
关键词：7075铝合金；超声振动铣削；有限元仿真；表面质量；加工效率
Abstract
Thispaperstudiestheultrasonicvibrationmillingsimulationprocessof7075aluminumalloy.Byestablishingathree-dimensionalfiniteelementmodel,thedynamiccontactforcebetweenthemillingcutterandtheworkpiecewasanalyzed,andthemillingeffectofultrasonicvibrationmillingprocesswasverified.Thesurfacequalityandprocessingefficiencyof7075aluminumalloywerestudiedandanalyzedunderdifferentaxialvibrationamplitudesandvibrationfrequencies.Theresultsshowthat:withinacertainrange,ultrasonicvibrationmillingcaneffectivelyimprovethesurfacequalityandprocessingefficiency,andbothamplitudeandfrequencyhaveasignificantimpactontheprocessingeffect.Theresearchinthispaperisofgreatsignificanceforoptimizingtheprocessingtechnologyof7075aluminumalloy.
Keywords:7075aluminumalloy；ultrasonicvibrationmilling;finiteelementsimulation;surfacequality；processingefficiency
正文
1.引言
随着工业现代化的发展，加工技术对于各种先进材料的制造质量和效率的影响越来越突出。7075铝合金是其中的一种高强度耐热金属材料，在航空、汽车和高速列车等领域具有重要的应用。然而，7075铝合金硬度高、加工性差，传统的磨削技术往往需要高能量的消耗和长时间的加工周期。因此，需要采用先进的加工技术，提高7075铝合金加工的效率和质量。
超声振动铣削技术作为一种新型的金属加工技术，具有高效、高质、低成本等突出优势，越来越受到人们的关注。超声振动铣削技术通过高频振动的力量，使铣削刀具与工件之间的摩擦系数减小，铣削力对工件的损伤降低，从而达到快速、精细的金属加工效果。然而，超声振动铣削技术的铣削效果、加工参数和铣削机理的研究尚不充分，需要进一步的探索和研究。
2.研究方法
本研究通过建立铣削刀具与工件之间的动态有限元模型，分析了超声振动铣削过程中的铣削力、表面质量和加工效率。本研究采用了以下的步骤：
（1）建立三维有限元模型，并确定铣削参数。
（2）进行有限元仿真，验证超声振动铣削过程中的切削力、削屑形态、铣削效果等参数。
（3）选取不同振动频率和振动幅度，对7075铝合金的加工表面质量和加工效率进行研究分析。
3.结果与分析
（1）有限元仿真结果
仿真过程中，采用了固体工件结构，切削工具为直径为12mm的铣刀，切割角度为45度。在进行有限元模拟过程中，铣削速度v=120m/min、切削深度h=0.5mm、轴向振幅的范围为0~8μm，轴向振动频率为20~40kHz，在此范围内比较研究了不同频率和不同振幅下的加工效果。
有限元模拟结果表明，铣削刀具与工件之间的接触力随着轴向振动幅度的增大而减小，表明了超声振动铣削可以降低铣削力对工件的损伤。
（2）加工表面质量
在进行铣削实验时，选取了轴向振动频率为30kHz、不同振动幅度的参数对7075铝合金进行铣削，比较研究了不同振动幅度下的表面质量。实验表明，随着振幅的增大，加工表面质量逐渐提高，但过大的振幅会引起切削刃出现异常，反而会对表面质量产生不良影响。
（3）加工效率
在进行铣削实验时，选取了不同轴向振动幅度下的不同振动频率，并比较了