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。     

钻削高锰钢新钻型试验研究

在难加工材料高锰钢钻削过程中,刀具破损严重,通过试验研究发现,改进刀具切削刃的形状,可以提高刀具寿命,提高生产率。利用8901F数字三相电参数测量仪测量钻削功率,结果表明改进的刃形在高锰钢钻削过程中钻削功率明显降低。     

CFRP钻削加工参数对钻削温度及材料损伤的影响

基于碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)钻削实验分析了钻削过程的温变特性,研究了钻削加工参数对钻削温度和材料损伤的影响。结果表明：钻削温度随钻削深度同趋势增加,出口侧加工缺陷主要位于90°纤维切削角区域;进给量和转速都对热量累积起着重要作用,与转速相比,进给量对温度的影响占主导地位;钻削温度随进给量增大而降低,综合损伤因子随进给量的增大而增大。     

第8届上银优秀机械博士论文奖——金奖 CFRP低损伤钻削制孔关键技术研究

<正>轻质高强碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)是运载装备减重增效的优选材料,可显著提升装备性能。此类材料构件的装配连接需加工大量连接孔,且制孔损伤容限要求苛刻。但CFRP是典型的难加工材料,钻削制孔时,与金属等匀质材料相比,材料失效行为和去除机理迥异,易在出口区域产生严重损伤,对现有加工技术提出严峻挑战,制约CFRP的应用,限制装备性能提升。本文研究CFRP的切削机理和温度影响规律,提出合理控制切削力,降低切削温度影响的方法,研发钻削刀具和工艺关键技术,实现CFRP低损伤钻削制孔。1)建立了CFRP切削加工中单侧弱约束区域材料的单纤维切削和刀具/纤维接触的理论模型,表征了钻削出口材料的切     

CFRP/TC4叠层钻削刀具与低频振动工艺适配性研究

通过对低频振动工艺下刀具切削运动过程进行分析,得到低频振动钻削时刀具切削轨迹和切削角度的变化规律。通过开展钻削工艺实验,对比分析了麻花钻、阶梯钻两类刀具在不同振幅下对大直径、大厚度CFRP/TC4叠层结构制孔过程和质量的影响规律。结果表明：两类刀具最大轴向力随着振幅增大均呈上升趋势,阶梯钻可有效降低钻削最大轴向力;低频振动钻削能实现有效断屑并降低切削温度、提高孔径精度,阶梯钻作用效果更加显著;CFRP入口撕裂程度受切屑刮擦与振幅共同作用影响,切屑的刮擦及振幅增大均会导致入口撕裂程度增大,在适中的振幅下(0.1mm),阶梯钻可有效降低入口撕裂程度,并达到较好的加工精度。     

CFRP/铝合金叠层构件旋转超声钻削温度研究

碳纤维复合材料(CFRP)/铝合金叠层的钻孔机理不同于单层材料钻孔,铝合金切屑在排出孔外过程中因切削温度过高会烧伤CFRP孔壁。为了改善CFRP叠层构件加工质量,将旋转超声钻削技术(RUM)引入到该材料的加工中。针对叠层构件钻削温度过高的问题,开展了旋转超声钻削试验研究,阐明了主轴转速、进给速度及超声振幅对钻削温度的影响规律。采用多元回归分析,分别建立了CFRP和铝合金的钻削温度指数预测模型。通过对比预测值和试验值,验证了钻削温度模型构建的合理性和有效性。     

CFRP/TC4叠层材料低频振动钻削试验研究

低频振动辅助切削技术是基于传统切削给刀具加上有规律并可控的振动,从而达到减小切削力、提高加工精度和延长刀具寿命的目的。将低频振动辅助切削技术应用到CFRP/钛合金叠层材料制孔中,在孔径、孔壁粗糙度和入口质量等制孔质量方面与传统钻削进行对比试验研究。结果表明,振动钻削在制孔质量上具有明显的优势。     

钻削GH4169高温合金薄壁件钻削力仿真研究

GH4169高温合金的薄壁钻孔与厚壁钻孔相比有特殊性,运用ABAQUS软件进行钻削GH4169高温合金薄壁件的仿真,研究钻削加工过程中钻削参数和工件厚度对钻削力的影响规律及变化特征,分析应力的分布规律。结果表明:钻削初期,横刃的挤压和主切削刃切削长度的增加使钻削力和扭矩增大;稳定钻削阶段,横刃切出后,主切削刃切削长度不变切削直径增加,钻削力和扭矩稳定增加;钻削后期,副切削刃参与切削,主切削刃切削长度减小,轴向钻削力和扭矩减小,但副刃与孔壁的挤压摩擦,曲线波动较大;钻削速度、进给量及工件厚度的增加都会导致轴向钻削力和扭矩的增加;钻削时的最大应力分布在横刃和主切削刃与工件的接触部位。     

数控轮廓铣削的切入和切出程序

在数控铣削轮廓加工中,铣刀从起始位置快速移动到即将以工作进给速度开始切削位置的程序,称为切入程序。因此,切入程序的终点就是开始切削的程序的起点,这一点称为切入点。切削完毕后,铣刀应返回起始位置。铣刀由切削终了时的位置返回起始位置的程序,称为切出程序。编制数控铣削轮廓加工程序时,必须合理地安排切入和切出程序。一、切入程序的编制切入程序要把刀具从起始位置调到开始切削的位置,为切削加工做好准备。而刀具开始切削的位置与其切入工件的方式有关。加工中,为了避免在工件加工表面的切入处留下刀痕,所以当加工表面质量要求较高时,应使铣刀沿工件轮廓的切线方向或工件轮廓     

基于轴向位置的振动钻削参数计算

从切削刃上任一点的当前轴向位置出发,比较在此圆周位置上,以前若干转每转同一切削点的轴向位置,判断刀具是否处于切削状态,通过逐个位置计算,从而可以方便地找到切入切出点;再根据切削时该位置本次切削点与以前同位置刀刃可能轨迹间的最小值,即本次切削的轴向尺寸,进而可求出切削面积及切削力,为进一步的振动钻削参数计算及仿真提供条件。     

复合钻削刀具负载的建模与验证研究

针对复合钻削刀具钻孔过程负载计算误差较大,负载动特性预测精度较低的问题,对复合钻削的切削负载动态过程进行了研究。基于斜角切削理论,针对主切削刃负载和倒角刃单元负载受力分析,分别建立了主切削刃和倒角刃的等效切削模型。由于复合钻削过程的复杂性,采用数学分析和经验值相结合的方法,提出了钻削过程动态负载模型。同时考虑钻削过程中主轴径向跳动对切削性能的影响,进一步优化了复合钻削负载模型。通过对复合刀具不同刃不同切削工况的负载叠加融合,提出了复合钻削动态负载模型,并进行了仿真和实验。结果表明,考虑主轴径向跳动所建立模型相较于未考虑主轴径向跳动模型更能够准确地描述复合钻削刀具的动态负载特性,其负载误差比未考虑主轴跳动的情况减小了10%。     

机器人旋转超声钻削与机床钻削CFRP/铝合金叠层构件切削力对比实验研究

针对现有机器人钻削叠层构件时存在颤振显著、钻削力大等问题，采用超声加工与机器人加工相结合的技术，实现CFRP/铝合金叠层的高效低损伤加工方法。开展了机器人旋转超声钻削(RRUD)、机器人钻削(RD)和机床钻削(MD)叠层构件钻削力对比实验。实验结果表明，与机床钻削相比，机器人钻削的钻削力显著恶化，钻削CFRP和铝合金时最大增幅分别达到28.19%和61.73%。旋转超声振动的引入有效抑制了钻削力的增大，当主轴转速为5000r/min时，机器人旋转超声钻削力接近机床钻削。     

新型刀具材料在钻削技术上的应用

新型刀具材料在钻削技术上的应用南阳理工学院（河南南阳４７３０６６）吴希让钻削是最常使用的金属切削方法之一。与车、铣相比较，钻头可在更不利的切削条件下工作。近年来，刀具材料的迅速发展，使钻削技术产生明显变化。特殊材料钻头的使用寿命和切削参数不同于普通高...     

医疗钻头钻削力和钻削温度的试验研究

在高速钻削猪胫骨过程中,钻削力和钻削温度对改进医疗钻头的设计是非常重要的.研究结果表明:在钻削骨头的过程中,钻削力和钻削温度受进给速度和钻削速度的影响.相比不锈钢麻花钻,带三个切削刃的新型医疗钻头能够取得更小的钻削力和低于47℃的钻削温度.     

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。     

C/E复合材料高速钻削温度测量研究

采用嵌入式人工热电偶的方法对C/E复合材料高速硬质合金钻削刀具进行测温试验,并通过研究切削参数对其刀具后刀面温度的影响来验证该试验装置的可靠性。为了克服热电偶导线从旋转刀具引出的困难,先用线切割的方法在钻头的螺旋槽到第二后刀面处割个通孔,热电偶埋在通孔中,并用导热胶粘附在钻头的第二后刀面上,避免了热电偶在钻削的过程被工件材料磨掉。全程干切削结果表明是可靠的。     

硬质合金可转位钻削立铣刀

可转位钻削立铣刀的结构如附图所示。刀体1采用合金钢制成,切削部份由担任外缘切削的刀片2和担任端面切削的刀片3组成。刀具的中心刀片具有特殊的几何形状,切削加工时,可以直接进行轴向和径向进给,钻与铣两道工序合二为一,不必换刀,与目前一般通常使用的硬质合金斜刃立铣刀相比,具有轴向进刀的特性。特别适用于封闭型凹槽铣削,例如加工封闭型键槽,平面凸轮槽及各类模具中的凹模型腔。不仅是普通铣床上适用铣槽的通用类刀具,也是加工中心机床和仿形铣削中的主要配套刀具。     

三尖钻钻削CFRP/Al叠层构件的表面质量研究

利用田口设计方法,进行金刚石涂层三尖麻花钻钻削CFRP(CCF300)/Al(7075)叠层材料工艺实验研究。通过设计正交实验和单因素实验获得了复合材料钻削力F随主轴转速n、进给量f和钻头直径d的变化规律,并利用回归分析建立轴向力的拟合公式。通过对刀具磨损和轴向力对制孔质量的分析发现,复合材料表面粗糙度随轴向力增大而增大,铝合金孔表面粗糙度随轴向力变化不大。在钻削过程中,金刚石涂层刀具三尖钻的磨损失效主要为涂层的剥落/分层和崩刃,考虑到制孔质量和应用安全性,刀具的使用寿命可达到180个,适合钻削CFRP/Al叠层材料。     

涂层高速钢钻头钻削奥氏体不锈钢的切削性能研究

从不锈钢材料的应用和切削加工现状出发，针对奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的切削加工性能进行了试验分析，通过用TiAlN涂层和TiN涂层高速钢钻头进行钻削对比实验，研究了钻削速度对切削力、扭矩、切削温度，刀具磨损的影响，并获得了能够保证对该材料进行高效高精度钻削的合理工艺参数。     

深孔超声圆周振动钻削

超声振动深孔加工是在钻孔时使工件或刀具沿轴向或圆周方向产生一定频率和振幅的振动，从而改变了刀具与工件材料的相互作用条件，改变了切削机理，改善了切屑形成的条件，可大大提高加工质量。超声振动钻孔时，可在轴向或圆周方向施加振动。轴向振动对于钻头外缘附近的切削刃来说相当于径向的外圆振动切削，由于高频振动的影响会加速外缘切削刃后刀面的磨损。周向扭转振动可使刀具外缘切削刃的振动方向与主运动方向一致，有利于提高刀具耐用度，加工效果要好得多。为了探讨通过简单改装、调整现有机床，设计安装一套简单而又通用的圆周振动…