TC4钛合金低频振动钻削切屑形态和钻削力研究

为研究TC4钛合金低频振动钻削过程中切屑形态与钻削参数和振动参数对钻削力（轴向力和扭矩）的影响规律，基于一种自主研制的低频振动刀柄，分别采用单因素法和正交试验法对钛合金进行了低频振动钻削试验，分析了不同钻削条件下的切屑形态和钻削力，建立了轴向力和扭矩的经验公式，并对钻削力的影响因素进行直观分析与方差分析。结果表明：试验系统在低频振动钻削TC4钛合金时，振幅与进给量之比接近临界断屑值0.81时断屑可靠，排屑顺畅；低频振动瞬时钻削力呈现出规律的正弦波形，钻削力动态分量远大于普通钻削，轴向力和扭矩均值可比普通钻削分别降低10%~15%和15%~20%；进给量对钻削力影响最为显著，振幅次之，钻削速度影响最小；建立的振动钻削经验模型误差保持在10%以内，可以较为准确地对该试验系统所选参数范围内的钻削力进行预测。     

高温合金振动钻削断屑实验研究及机理分析

对振动钻削理论进行了分析,建立了振动钻削时断屑的数学模型,利用自制的振动钻削实验装置,采用不同的振动钻削参数进行高温合金振动钻削试验,对轴向振动钻削的断屑效果以及轴向钻削力和扭矩进行了研究,分析了各加工参数对加工过程的影响,发现振动钻削力随钻削参数的变化比较平稳,在大进给量或高转速状态下,振动钻削的钻削力比普通钻削力小得多。通过比较振动钻削与普通钻削所得切屑可知:振动钻削有利于断屑,切屑体积小,排屑顺畅。     

轴向振动钻削过程的有限元动态仿真

针对钻削工艺特点,分析了轴向振动钻削的有限元动态特性。利用有限元分析软件DEFORM建立了轴向振动钻削的有限元数学模型,进行了动态仿真分析,同时,建立了相应的普通钻削系统的有限元模型,对两种加工过程中的切屑、轴向力与钻削扭矩等进行了比较。结果表明,与普通钻削相比,轴向振动钻削过程具有较好的断屑效果,轴向力小,钻削扭矩小。研究结果可对轴向振动钻削机理与特点的研究提供参考。     

钛合金旋转超声辅助钻削的钻削力和切屑研究

针对难加工材料钛合金在采用普通麻花钻传统钻削过程中存在钻削力和扭矩较大使得钻孔困难,刀具使用寿命低,连续长切屑易缠绕刀具、划伤孔加工表面、增大刀具-切屑-工件孔壁之间的摩擦以及排屑差引起堵屑和卡刀具的问题,引入一种新刃型刀具（即八面钻）,并结合超声振动钻削技术,进行了钛合金旋转超声辅助钻削试验。分析了旋转超声辅助钻削和普通钻削中切屑形成原理,采用文中所设计的旋转超声振动钻削主轴结合BV100立式加工中心平台、测力系统和非接触激光测量系统进行了无冷却条件下基于八面钻的钛合金旋转超声辅助钻削和普通钻削试验以及钻削力、扭矩和切屑形态的研究。试验结果表明：相比于普通钻削,超声钻削明显降低钻削力和扭矩分别为19.07%~20.09%和31.66%~34.3%,明显增强了钻头横刃和主切削刃的切削能力,获得了良好的断屑和排屑效果,提高了切削过程的稳定性,能够极大改善钛合金钻孔过程钻削困难、刀具使用寿命低和孔加工质量差的问题。     

轴向振动钻削的断屑机理研究

在对钻削加工的断屑方式简要分析的基础上,基于轴向振动钻削的变厚切削特性,分析了轴向振动钻削实现可靠断屑的内在实质,并进行了相应的试验验证.研究结果表明:与普通钻削相比,轴向振动钻削轴向瞬时切削厚度周期变化,具有变厚切削特性;通过合理选择工艺参数,可以使振动钻削过程实现几何断屑,从而保证了切屑的顺利折断.     

碳纤维增强复合材料纵扭复合超声振动钻削试验

碳纤维增强复合材料(CFRP)以其优越的性能被广泛应用于航空航天领域,然而其作为典型难加工材料,采用传统钻削加工时极易出现毛刺、撕裂、分层及加工表面质量差等现象,严重制约了CFRP的应用。采用纵扭复合超声振动钻削和普通钻削两种钻削方式加工CFRP板材,对比了两种钻削方式下的轴向力、扭矩及钻孔质量,研究了单向型和编织型CFRP板材的钻削轴向力特性,分析了转速、进给速度对钻削轴向力的影响规律。试验表明:纵扭复合超声振动辅助钻削可以更加有效切削CFRP,降低轴向力和扭矩,降低撕裂因子,抑制分层现象;钻削轴向力随着进给速度提高而增大,随着钻速的提高而降低,且当Vc/Vf增大时,钻削轴向力随之下降,试验拟合得到轴向力经验公式。     

基于Deform-3D轴向振动钻削P20有限元仿真

针对机械特种加工振动钻削过程的工艺选择对加工效率及表面质量的影响等问题,基于有限元分析软件Deform-3D模拟振动钻削P20模具钢的加工过程.通过单因素试验法分析主轴转速、进给速度和振幅对于轴向力和转矩的影响,并与普通钻削加工进行对比;通过正交试验法验证了钻削参数对轴向力和转矩的影响规律.研究表明:振动钻削相比普通钻削可以降低轴向力和转矩,具有更好的钻削工艺特性.     

调幅式振动刀柄的设计与有限元仿真分析

设计了一种调幅式轴向低频振动刀柄,分析了振动刀柄的整体结构布局及其工作原理.采用机床主轴旋转运动作为动力输入,带动正弦曲面旋转以实现振幅输出,基于两组正弦曲面相位差实现刀柄振幅调节.基于GH4169高温合金材料,运用ABAQUS有限元软件进行了三维钻削仿真试验,对比分析了GH4169高温合金在普通钻削和轴向低频振动钻削下轴向力和钻削扭矩之间的差异.结果 表明:GH4169高温合金轴向低频振动钻削可以降低最大轴向力约46％,降低最大钻削扭矩约73％,可显著改善钻削条件,提高孔加工质量.     

振动立钻上用麻花钻钻孔的研究

通过在新开发的振动立钻上钻孔的实验，证明轴向振动钻孔成功地解决了普通麻花钻钻孔中的断屑、排屑问题，并能降低钻削力，减少钻头磨损，延长钻头使用寿命，使钻孔精度及孔表面粗糙度明显改善。     

轴向振动钻削对进给方向毛刺形成的影响

基于轴向振动辅助钻削原理,探讨了振动钻削对切出进给方向毛刺的影响。结果表明:由于施加轴向振动的作用,钻削加工中出现了脉冲和变厚钻削的过程,改善了钻削过程中的切屑的断屑条件,降低了轴向钻削力,从而减小了切削层材料的塑性变形,抑制了切出进给方向毛刺。     

基于Deform的硬铝轴向振动钻削加工仿真

利用有限元软件Deform-3D建立2A12材料的有限元模型,动态模拟轴向振动钻削硬铝的加工过程,通过模拟可以实现观察钻屑的形成过程,形状以及钻削力和扭矩等数据。     

C/SiC复合材料钻削工具载荷及磨损研究

采用HAM PCD焊刃麻花钻、KENNA CVD涂层麻花钻、金刚石套料钻(普通钻削与超声辅助钻削两种方法)三种工具对C/Si C复合材料进行了钻削试验,并对工具磨损情况、钻削力及扭矩进行了对比分析。结果表明:累计钻削深度lT=160mm后,套料钻普通钻削、超声辅助钻削磨损程度较轻,而HAM PCD焊刃麻花钻,KENNA CVD涂层麻花钻磨损严重。不同工具钻削加工时钻削力及扭矩随着工艺条件的变化呈现不同的变化趋势;采用套料钻加工时,与普通钻削相比,超声辅助钻削可有效降低钻削力及扭矩,最大降低幅度分别达到23%、56%。整体而言,套料钻超声辅助钻削加工时钻削力及扭矩较小、工具磨损较轻,是一种适合于C/Si C复合材料制孔的工艺方法。     

轴向振动钻削工艺效果试验

利用自制的压电式振动台,驱动工件正弦振动,进行了硬铝和不锈钢的轴向振动钻削试验,对轴向振动钻削的断屑效果、尺寸精度以及孔出口毛刺进行了试验研究和理论分析。与普通钻削相比,由于轴向振动钻削具有良好的断屑排屑条件、较高的入钻定位精度和切削液作用效果,因此它能够有效地改善断屑效果、提高尺寸精度、减小孔出口毛刺。     

深孔加工振动断屑装置设计

针对深孔加工过程中切屑形态不稳定所形成的排屑不畅问题,基于振动钻削理论,设计振动断屑装置,有效控制切削形态,保证顺利排屑。通过给刀具施加轴向周期振动,振动断屑装置可实现变切厚钻削和钻头轴向振动,使切屑易断,并在一定程度上提高了表面加工质量。通过实验探究了切屑形态与切削参数的关系,分析了振动断屑装置的最佳工作参数。     

基于热-力多物理场耦合理论的钻削仿真研究

钻削过程中,主运动与进给运动结合,去除切削层,生成切屑并形成新的工件表面。在局部高温和高压条件下,不断变化着的3表面:已加工表面,加工表面,待加工表面,存在着机械、物理和化学作用。通过有限元技术建立基于热-力多物理场耦合理论的钻削加工印刷电路板中铜箔材料表面创成模型;并对加工过程的多种特征进行了仿真;分析钻削加工中钻削力、钻削温度的动态变化规律;仿真显示:直径3.2mm钻头在20 K/r/min主轴转速和1000mm/min进给速度的切削条件下,其轴向力和扭矩信号呈双峰形状,钻削铜的最大轴向力62N,最大扭矩0.044N.m,切削区的温度为200℃左右;仿真结果和PCB钻孔实测结果基本吻合。     

深孔振动钻削的断屑条件研究

本文通过建立深孔振动钻削的数学模型,在振动钻削相邻两转间的断屑条件的基础上推导出更为一般的断屑条件式,为振动钻削断屑过程的参数匹配提供了理论依据,并得到了振动钻削加工试验的证明。     

基于ABAQUS/Explicit的SiC_p/Al复合材料三维微孔钻削有限元仿真

应用ABAQUS中Explicit显式求解器,基于微观尺度下的Johnson-Cook本构方程,对高体积分数SiC_p/Al复合材料微孔钻削过程进行了三维有限元仿真。研究了钻孔过程中钻削轴向力和扭矩的变化特性以及不同主轴转速和进给速度下钻削轴向力和扭矩的变化规律。此外,对不同主轴转速下钻屑形态的变化特性进行了分析。研究结果为颗粒增强金属基复合材料的微孔钻削工艺参数制定提供了参考。     

高速钢钻头振动钻削9Cr18不锈钢微小孔的研究

不锈钢9Cr18是航空发动机上较为常用的一种马氏体不锈钢材料,它的塑性大,粘附力强,用普通钻削的方法比 较难加工。采用中频轴向振动钻削9Cr18零件的微小孔,取得了显著的效果。试验表明,相比普通钻削,振动钻削提高 钻头寿命约10倍,并可以提高定位精度,降低钻头受力,改善孔的加工质量。     

基于Deform-3D的单刃内排屑刀具钻削仿真研究

针对某航空液压伺服阀芯的内孔难加工问题,设计了一款直径0.85mm的单刃内排屑深孔钻,并使用Deform-3D软件进行加工过程的仿真模拟,对不同工艺参数下的轴向力、扭矩和切削温度进行对比分析。仿真结果表明：转速为15000r/min时,进给量越大,加工时轴向力和扭矩越大;进给量为0.04mm/r时,转速对加工中的轴向力和扭矩影响较小;不同转速和进给量下,钻削温度在145℃～165℃之内。仿真结果可以为航空液压伺服阀芯的内孔加工工艺参数的选择提供一定参考。     

三种涂层钻头钻削不锈钢的切削性能研究

以轴向力和扭矩为判据比较分析了三种涂层高速钢钻头钻削不锈钢时的切削性能。试验结果表明 :TiN表面多层涂层钻头钻削效果最好 ,TiCN表面多层涂层钻头次之 ,TiN单层涂层钻头钻削效果最差。同时发现 :不同涂层钻头钻削不锈钢时产生的轴向力和扭矩值随进给速度的增加而增大 ,但在固定进给速度 (0 .12mm/r)、改变转速时 ,三种涂层钻头的轴向力与扭矩值在转速为 1.4r/s时最小 ;转速增加至 2 .0r/s时轴向力和扭矩增至最大 ;转速继续增加至 2 .6r/s时轴向力与扭矩值开始下降