电流变液减振器在抑制深孔切削颤振上的研究

    在深孔加工中，切削颤振现象以及切削参数的变化引起的钻削力变化是影响深孔加工稳定性和加工效率的主要因素之一，钻头刀齿的突然崩刃、严重磨损以及钻杆的断裂都和它有着密切联系，钻头严重磨损的结果常常是损伤已加工好的孔表面，使钻杆扭弯、断裂、甚至会损坏机床[1,2]。对于深孔切削的振动问题，有很多研究通过改变刀具角度、采用新型刀片材料、调整切削参数和改善刀杆的夹持方法来减轻振动。

    近几年，智能材料电流变液的发展给研究人员控制振动带来新方法。    电流变液（Electrorheological Fluid，ERF）是一种悬浮液，是一种比较特殊的流体，它在外电场的作用下，流变性能由易流动低粘度的流体突变为难流动高粘度的塑性类固体，粘度、剪切强度等随外加电场强度的提高而增大，响应迅速，在毫秒级，而当撤去外加电场以后，它又可以在瞬间内恢复到液态[3]。电流变液被作为一种新材料应用于工业领域的主动控制方面，例如阻尼系统、减振器、离合器和制动器，新装置包括夹持装置、抗震框架结构、人体肌肉模拟器、飞船适用阻尼器、抛光技术。北京工业大学的王民等把电流变液应用在了抑制镗削颤振[4]辽宁工程技术大学的徐平等把电流变技术应用在机床切削颤振中[5]。针对深孔加工中的切削颤振问题，提出利用电流变液减振器来抑制切削颤振的方法。

    1 电流变液减振器的工作原理

    电流变液减振器的工作原理大致可以分为流动模式（Flow－Mode）、剪切模式（Shear－Mode）和挤压模式（Squeeze－Mode）三种[6]。

    1.1 流动模式

    电流变液减振器中的电流变液在正、负极板均固定的间隙之间做往复流动，于是电极间隙的节流作用使得ERF承受剪切应力，进而就形成了阻尼力。通过调节施加在电极间的工作电场强度就可以调节阻尼力的大小。

    流动模式减振器的工作原理简图，如图 1（a）所示。

    1.2 剪切模式

    由于剪切的作用，正、负电极板垂直于电场方向做相对运动，电极间隙中的 ERF 基本处于非流动状态，阻尼力来源于运动电极对流体以及流体之间的剪切作用。改变正、负极板之间的电场强度就可改变ERF的剪切屈服应力，进而对阻尼力进行调节。剪切模式减振器的工作原理简图，如图 1（b）所示。

    1.3 挤压模式

    电极沿电场方向做振荡运动，此时两极板间距由大到小或由小到大变化，其间的 ERF 承受拉伸和压缩作用。在挤压模式下，由于极板间的流体挤出又流入，因此在受到拉力和压力的同时，ERF 也受剪切作用。