TC4钛合金钻削力和钻削温度仿真研究

为了提高TC4钛合金的可钻削性,采用有限元分析软件AdvantEdge建立TC4钛合金铣削加工有限元模型,分析工件和刀具上的温度分布规律,获得了钻削加工过程中钻削参数对钻削力和钻削温度的影响规律。结果表明：钻削TC4钛合金时最高温度出现在切屑上;钻削力随着主轴转速和进给量的增加而增大,随着钻头直径的增大而减小;钻削温度随着主轴转速、进给量和钻头直径的增加而增大。     

进给量对超声振动钻削力的影响研究

在振动钻削加工原理的基础上建立了振动钻削过程中平均钻削力的数学模型,在超声轴向振动钻削试验装置上进行了0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢的普通钻削和振动钻削的钻削力测量试验,通过试验分析了进给量对钻削力和钻头磨损的影响规律。试验结果表明,振动钻削过程中的钻削力明显减小,钻削力曲线更加平缓;振动钻削过程中,随着钻头进给量的增大钻削力逐渐增大,钻头磨损加剧。     

电镀金刚石钻头钻削碳纤维复合材料研究

碳纤维复合材料钻孔加工时极易产生分层、毛刺、撕裂等缺陷,是典型的难加工材料。针对碳纤维复合材料特点,以电镀金刚石钻头为研究对象,从钻削轴向力、钻孔出口质量等方面分析电镀金刚石钻头钻孔特点,并与硬质合金麻花钻进行对比,得出结论：电镀金刚石钻头钻削碳纤维复合材料时钻削轴向力较小,钻削质量较好,更适合于碳纤维复合材料的加工;钻头转速提高有利于减小钻孔缺陷的产生,钻削轴向力随钻头转速的升高而降低,随钻头直径的增大而增大;最后,通过多元线形回归方法得出电镀金刚石钻头钻削力经验公式。     

钻削参数对碳纤维复合材料孔加工质量的影响

本研究通过单因素试验方法,开展钻削碳纤维复合材料的试验研究。采用KISTALER公司9265B型测力仪测钻削轴向力,并采用撕裂因子评价孔形貌质量,对钻削碳纤维复合材料的过程进行分析,研究不同钻削参数对钻削碳纤维复合材料的轴向力和孔加工质量的影响。试验结果表明:随着进给量的增大,轴向力逐渐增大,孔退钻口撕裂因子呈现先减小再增大的趋势,孔进钻口撕裂因子则呈现逐步小幅增大的趋势。随着转速的增大,轴向力逐步小幅减小,孔退钻口撕裂因子随之减小。并且,进给量对轴向力和孔加工质量的影响远大于转速对轴向力和孔加工质量的影响。在相同条件下,孔进钻口的毛刺、撕裂等缺陷明显少于退钻口的缺陷。     

碳纤维复合材料-钛合金叠层板钻孔工艺研究

通过单因素试验方法,开展钻削碳纤维复合材料-钛合金叠层板(CFRP-Ti)的试验研究,研究不同钻削参数对钻削CFRP-Ti的轴向力和孔加工质量的影响,并对比了两种不同钻尖结构的钻头之间的钻孔差异。试验结果表明:轴向力随进给量的增大而增大,而随转速的增大小幅减小。随着进给量的增大,CFRP退钻口撕裂因子逐渐增大,进钻口撕裂因子也呈现逐渐小幅增大的趋势;Ti合金进钻口孔质量高、缺陷少,而退钻口翻边则越来越严重。在不同转速条件下,CFRP进钻口及退钻口孔质量较高,但在高转速时,退钻口可观察到高温灼伤;随着转速的增大,Ti合金孔退钻口翻边呈先减小,再增大的现象。采用两种不同钻尖结构的钻头对CFRP-Ti进行钻削对比试验,结果显示,"烛台钻‘钻孔质量有明显优势。     

钛合金Ti6Al4V与铝合金Al7075-T651钻削性能仿真对比分析

为了探究不同材料的钻削加工机理，对比分析了钛合金Ti6Al4V和铝合金Al7075-T651的钻削加工。通过有限元软件ABAQUS对钻削过程进行仿真研究，在有/无热力耦合工况下对工件应力应变、钻削力、摩擦力及能量等方面分析Ti6Al4V和Al7075-T651的差异。仿真结果表明，在非热力耦合模型中，铝合金出口处切屑以帽盖的形式去除，而钛合金则以C形切屑去除；在热力耦合的模型中，钛合金和铝合金的工件最大应力首先位于钻头横刃挤压处，随着钻头的深入，工件最大应力位于钻头主切削刃处；对比有/无热力耦合模型，发现钻削力受温度的影响最显著，其次为摩擦力，最后为塑性能，且铝合金比钛合金更容易受热软化效应的影响。     

304不锈钢激光熔覆件的制备及小孔钻削实验研究

为研究304不锈钢激光熔覆件的制备及小直径孔钻削工艺性,利用YAG-800W激光熔覆成形机以45钢作为基材制备304不锈钢熔覆层,并对304熔覆件表面的宏观形貌、截面显微组织及力学性能进行分析。采用单因素实验与正交实验相结合的设计方案,以钻削轴向力作为性能指标,研究分析了小直径麻花钻的钻头直径、主轴转速和进给速度对304熔覆件钻削性能的影响规律。根据极差与方差分析可知,各因素影响钻削性能指标的主次顺序为钻头直径、主轴转速、进给速度,其中钻头直径影响最为显著。304不锈钢熔覆件的最优钻削参数组合:钻头直径为3 mm、主轴转速为3000 r/min、进给速度为90 mm/min。     

基于遗传算法的皮质骨钻削参数优化分析

骨外科手术钻孔要求对骨骼损伤较小以及术后快速恢复。基于ABAQUS建立皮质骨钻削模型,通过中心复合试验设计,研究钻削参数(进给速度、主轴转速和钻头直径)对轴向力的影响。使用MATLAB对试验数据进行多元线性回归分析,得到钻削力的数学模型,并结合遗传算法,找出皮质骨钻孔最小轴向力的最佳钻削参数组合。优化结果为骨科手术钻孔操作中钻削用量的选择提供参考。     

枪钻低频轴向振动钻孔的有限元分析

为了使枪钻在加工过程中减小钻削力,运用有限元分析软件Deform-3D动态模拟出枪钻钻头低频轴向振动钻削过程。根据枪钻钻头轴向振动钻削的断屑经验公式确定切削参数;建立了加工过程的有限元模型,并动态模拟了轴向振动钻削加工过程和普通加工过程,结合这两种加工过程中刀具所受的轴向力和扭矩变化情况进行了分析;最后将两种加工情况进行对比。结果表明:振动钻削能够显著地降低钻削中产生的轴向力和扭矩,减小钻头的磨损,延长钻头的寿命。     

切削参数对碳纤维复合材料制孔质量的影响

高效、高质量的制孔是航空航天用碳纤维复合材料机械加工的基本要求。本文采用直径为3 mm的纳米金刚石涂层硬质合金钻头钻削T300碳纤维复合材料,研究切削参数(切削速度v=20,40,60,100,150 m/min;进给量f=0.01,0.018,0.03,0.045,0.06mm/r)对轴向力和制孔质量的影响规律。结果表明,轴向力随着进给量的增大而增大,随着切削速度的增大而减小,并建立轴向力Fz与切削速度v和进给量f之间的关系式:F_z=117.5·v~(-0.151)·f~(0.224)。在不同的切削参数下,孔入口处均未出现撕裂和毛刺,表现出良好的加工质量。随着进给量的增大,孔出口区质量在低速条件下由分层和撕裂变为毛刺,在高速条件下没有毛刺,出口区完整。总之,在高速和高进给条件下可以获得相对较好的制孔质量。     

永磁场磁力研磨TC11钛合金的实验研究

目的解决钛合金机械加工后表面质量差的难题。方法采用磁力研磨工艺对TC11钛合金进行了表面光整加工。以表面粗糙度为主要评价指标,研究了磁力研磨工艺参数对钛合金表面质量的影响,并对工艺参数进行了优化。采用优化后的工艺参数对钛合金进行了表面光整加工,研究了磁力研磨工艺对钛合金金相组织的影响。结果当加工间隙为3 mm时,研磨压力适宜,加工后工件表面粗糙度值最小。采用粒径为100目的磨粒使工件表面研磨加工后纹理更细,表面粗糙度值最低。提高主轴转速,工件表面材料去除率增加,当主轴转速为1500 r/min时,加工后工件表面粗糙度值最小。对比工件加工前后的金相组织,加工后试样表面组织晶粒变细,晶界增多,工件表面应力状态由张应力转变为压应力。结论实验确定了较优的工艺参数组合,即:加工间隙为3 mm,磨粒粒径为100目,主轴转速为1500 r/min。采用永磁场磁力研磨工艺,能够大幅降低TC11钛合金表面粗糙度,并使钛合金表面组织得到改善。     

氧化锆陶瓷微孔钻削加工工艺试验研究

针对氧化锆陶瓷钻削微孔过程中出现的轴向力大和出口崩边严重的问题，使用直径为0.2 mm的金刚石涂层钻头钻削完全烧结的氧化锆陶瓷微孔，通过单因素试验方法，研究主轴转速、进给速度和步进距离对轴向力的影响，在此基础上开展啄钻工艺对比试验，探索变进给啄钻工艺对出口崩边尺寸的影响。结果表明：轴向力大小随着进给速度和步进距离的增加而增大，随着主轴转速的增加先降低后增大；采用变进给啄钻可以有效提高孔出口加工质量。     

热力耦合下轴向旋转热管砂轮的强度分析

为研究高效成型磨削加工过程中轴向旋转热管砂轮(heat pipe grinding wheel,HPGW)的基体强度,且考虑到HPGW强化换热的特点,使用ANSYS workbench对热力耦合下的HPGW进行有限元分析.得到30 000 r/min转速下,HPGW的最大等效应力为26.481 MPa,最大变形量为0....     

大直径深孔凿岩钻孔偏斜的机理及其控制方案

通过对钻孔偏斜的影响因素及力学特征的分析,建立了钻头偏载的力学模型,从而揭示了凿岩过程钻孔偏斜的机理,提出了控制钻孔偏斜的推进力控制方案,试验结果表明,该控制方案能够随钻孔过程中孔内钻杆质量的变化及孔内因素的变化,自动改变推进器的推进力,从而有效地控制钻孔偏斜。     

开颅手术中面向低损伤制孔的钻头结构优化设计

为降低颅骨钻孔过程中的钻削温度与轴向力,通过有限元仿真软件ABAQUS建立颅骨钻削模型,探究麻花钻主要几何参数（顶角、螺旋角、腹板厚度与横刃斜角）对机械损伤与热损伤的影响规律。制备可减小机械损伤与热损伤的优化钻头,进行试验。结果表明：麻花钻最优几何参数为顶角96°、螺旋角38.802°、腹板厚度0.8 mm、横刃斜角131.018°;与优化前的钻头相比,优化后的钻头具有更低的轴向力与钻削温度。     

纳米金刚石涂层刀具高速铣削7075铝合金的工艺参数优化

采用热丝CVD法制备纳米金刚石薄膜涂层刀具,利用场发射扫描电子显微镜表征薄膜的表面形貌,并用已制备的CVD金刚石涂层刀具,在无润滑干切条件下高速铣削7075铝合金工件,对其精铣工艺参数进行单因素及正交试验,探索精铣后工件的表面粗糙度变化规律并进行工艺参数优化。结果表明:随着主轴转速n从5000 r/min提高到8000 r/min, 工件平均表面粗糙度在逐级缓慢降低;当进给速度v_f在1000～7000 mm/min范围内,随着v_f提高工件平均表面粗糙度快速增大,在v_f为7000 mm/min时,其值达1.790 μm;当轴向切削深度a_p在0.1～0.4 mm范围内,随着a_p提高,工件平均表面粗糙度逐步增大,但a_p在0.2 mm之后其增大趋势变缓。对7075铝合金工件精铣表面粗糙度影响最大的是v_f,其次为n,a_p的影响最弱;其精铣的最优参数组合是a_p=0.2 mm、v_f=1 000 mm/min、n=8 000 r/min,精铣后的表面粗糙度平均值为0.516 μm。选用纳米金刚石薄膜涂层刀具精铣7075铝合金时,为得到较低的表面粗糙度,应选择高主轴转速、低进给速度、合适的轴向切削深度。      

High-throughput drilling of titanium alloys

Experiments of high-throughput drilling of Ti–6Al–4V at 183 m/min cutting speed and 156 mm³/s material removal rate (MRR) using a 4 mm diameter WC–Co spiral point drill were conducted. The tool material and geometry and drilling process parameters, including cutting speed, feed, and fluid supply, were studied to evaluate the effect on drill life, thrust force, torque, energy, and burr formation. The tool wear mechanism, hole surface roughness, and chip light emission and morphology for high-throughput drilling were investigated. Supplying the cutting fluid via through-the-drill holes has proven to be a critical factor for drill life, which can be increased by 10 times compared to that of dry drilling at 183 m/min cutting speed and 0.051 mm/rev feed. Under the same MRR of 156 mm³/s with a doubled feed of 0.102 mm/rev (91 m/min cutting speed), over 200 holes can be drilled. The balance of cutting speed and feed is essential to achieve long drill life and good hole surface roughness. This study demonstrates that, using proper drilling process parameters, spiral point drill geometry, and fine-grained WC–Co tool material, the high-throughput drilling of Ti alloy is technically feasible.     

钎焊金刚石薄壁钻钻磨氮化硅陶瓷孔的试验研究

使用单层钎焊金刚石薄壁钻,进行钻磨氮化硅陶瓷的试验。首先研究氮化硅陶瓷材料的去除机理,主要包括脆性去除和塑性去除,且脆性去除占主要部分。其次研究刀具壁厚、主轴转速和钻压对加工效率的影响。结果表明:三个参数存在的最佳值分别为1.5 mm、710 r/min和613 N;并且壁厚不宜超过2 mm,主轴转速不宜超过900 r/min,钻压应在500~705 N范围内,钻压低于330 N时刀具会打滑。      

PCD刀具高速铣削TC4钛合金的工艺参数优化

用PCD铣刀平面精铣TC4(Ti-6Al-4V)钛合金,再用三坐标测量机、表面粗糙度仪、显微维氏硬度计和便携式X射线残余应力分析仪测量钛合金加工后的平面度、平行度、表面粗糙度、表面硬度及表面残余应力,分析不同铣削工艺参数对TC4钛合金质量和表面形貌的影响。结果表明:在主轴转速16 000 r/min,切削深度0.2 mm,每齿进给量0.06 mm/z的最佳铣削工艺参数下,PCD铣刀寿命较长,TC4钛合金工件的表面质量和形貌较好,其平面度为0.26 μm,平行度为0.64 μm,表面粗糙度为0.63 μm,表面显微硬度为3 080 N/mm2,表面残余应力为-250 MPa。