基于DEFORM-3D轴向振动钻削304不锈钢有限元仿真

难加工材料微小孔钻削过程中存在钻削力大、断屑难及钻削温度高等加工问题,而轴向振动钻削方法可以解决此类问题。基于轴向振动钻削机理,对轴向振动钻削的运动特性和变厚切削特性进行了分析。通过DEFORM-3D软件建立了轴向振动钻削有限元模型,对304不锈钢进行了振动频率为550 Hz,振幅为16μm,转速为3 000 r/min,进给量为50μm/r的轴向振动钻削和普通钻削仿真试验,对比分析了两种加工过程中的切屑形态、轴向力和扭矩等。结果表明：与普通钻削相比,轴向振动钻削具有更好的断屑效果,可以降低平均轴向力约48.1%,降低平均扭矩约38.2%。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的超声振动钻削试验研究

在分析振动切削基本原理的基础上,采用了超声振动钻削的方法对金属基复合材料进行孔加工。借助自行研制的超声钻削设备,通过使用不同材质的硬质合金麻花钻,对两种不同含量的SiC颗粒增强铝基复合材料进行了普通钻削与超声振动钻削的对比试验。从复合材料的破碎形式、超声振动钻削力、钻头磨损以及孔的加工质量等4个方面对超声振动钻削复合材料的特性进行了研究。结果表明,轴向超声振动钻削能够提高入钻的定位精度及孔的表面质量,有效地改善钻头横刃的磨损,同时,钻削扭矩较普通钻削降低约30%。     

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。     

抛物线槽型钻钻削力的试验研究

通过钻削试验装置,采用抛物线槽型钻和普通麻花钻在不同参数下对低碳钢和球墨铸铁进行钻削试验,针对钻削过程中轴向钻削力和扭矩及其变化规律进行研究。试验结果表明,抛物线槽型钻钻削过程的轴向力和扭矩比普通麻花钻小,且轴向力和扭矩的变化过程也比普通麻花钻稳定。得出了进给量、主轴转速、钻头几何参数(钻尖顶角、钻头直径)以及工件材料等因素对抛物线槽型钻轴向力、扭矩的影响规律,为钻削过程中抛物线槽型钻几何参数和切削参数的选择提供依据。     

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。     

金刚石涂层钻头钻削SiCp/Al复合材料的仿真有限元分析

利用DEFORM - 3D有限元软件对金刚石涂层钻头钻削SiCp/Al复合材料的过程进行了动态仿真,分析了钻削速度、进给量对加工过程中刀具的轴向力、扭矩以及工件温度的影响.结果表明:随着进给量的增加,钻削过程中钻头的轴向力、扭矩和工件的温度都有所增加;随着钻削速度的增加,钻削过程中钻头的轴向力和扭矩的变化不大,但工件的...     

304不锈钢的超声振动辅助微孔钻削试验研究

通过304不锈钢的100μm微孔超声辅助钻削试验,研究了超声振动辅助钻削的理论未变形钻削厚度,钻削轴向力与加工参数的关系,孔壁的表面质量,微孔入口处的毛刺以及加工后钻头刃部的状态,结果表明:超声振动辅助钻削在入钻后为连续切削;超声振动辅助可以明显改善微孔表面质量和入口处毛刺的尺寸,减小钻头刃部积屑馏的形成;钻削轴向力随进给速度和单次钻削深度的增加而增大,随主轴转速的升高而减小。     

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。     

薄板件钻削的新方法

机械加工中,经常在l.5mm以下的薄板零件上钻孔。用普通麻花钻加工时,由于薄板零件刚性差,钻削中既受轴向力向下压,又受切削扭矩产生扭曲变形;零件与钻头的弹性和钻削力的变化,易引起振动,以致钻出的孔不圆和出现毛刺,甚至扎刀或折断钻头。     

三区段振动钻削动态轴向力和扭矩的计算机仿真

根据斜角切削理论,假设将钻头主切削刃和横刃上的变形过程分别处理为一系列微小的具有动态特性的振动切削单元,从而构造出三区段振动钻削动态轴向力和扭矩的预报模型,并根据该模型对三区段动态轴向力和扭矩进行了计算机仿真。     

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。     

复合材料超声振动低损伤制孔技术研究

为了研究碳纤维复合材料超声振动加工机理,本文提出了直角切削三维细观有限元方法并开展了手持式超声制孔实验。首先,基于直角-斜角切削转换关系构建热力耦合有限元模型进行普通和超声振动直角切削仿真,实现对制孔损伤如纤维断裂、基体破坏及纤维-基体界面脱粘的预测,研究了振动频率如幅值和频率对切削力的影响规律;然后,基于四组特殊纤维方向角的有限元仿真结果,进行了能量分析以量化不同能量耗散机制在普通和超声振动直角切削下的百分比,结合切屑形貌对比,针对为何超声振动能减小钻削力及提高制孔质量进行了剖析。最后,基于仿真获取的振动参数影响规律开展了普通钻削及超声振动钻削的对比实验,并对钻削力与亚表面损伤情况进行了对比。结果表明,基于有限元仿真获取合理的振动参数,有助于实际加工应用中减小钻削力及提高加工质量。     

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     

微细钻头超声轴向振动钻入横向偏移的有限元分析

利用有限元技术对微细钻头超声轴向振动钻入横向偏移过程进行深入分析。结果表明,超声轴向振动钻削从根本上改变了普通钻削的钻入机理,减小了横向偏移量,提高了钻入定心精度,特别适合硬脆材料上的微小孔的精密和超精密加工。     

微细孔超声振动钻削加工方法研究

为解决采用0.5mm直柄麻花钻钻削加工高压共轨喷油器控制阀微细孔时由于微细钻头刚性差,在钻削过程中易出现偏摆和断裂现象,导致控制阀微细孔加工精度难以保证和控制的问题,应用有限元分析的方法以及超声振动原理,开展超声振动钻削过程中钻削刃运动轨迹分析及轴向振动钻削过程的分析研究。通过0.5mm微细孔超声振动辅助钻削的仿真实验研究分析与验证,选取确定适合超声振动切削参数的超声振动钻削工艺方法,可以满足高压共轨喷油器控制阀微细孔尺寸加工精度高的要求。     

TC4钛合金微孔加工钻削力的仿真与试验研究

通过对TC4钛板上钻削?0.1mm微孔的研究,建立了一种能够精确预测钻头所受钻削力的切削力模型。利用解析法分别将主切削刃和横刃离散成一系列斜角切削单元和直角切削单元;应用Deform软件,并充分考虑微细加工中特有的尺寸效应,模拟出每个单元所受的力;建立切削单元的局部坐标系与整个钻头的整体坐标系,将每个切削单元所受的力转化为整个钻头所受的力,进而求出整个钻头的轴向力与扭矩。通过多组工艺参数的仿真与实验,表明该切削力模型能够比较精确地测出微钻削过程中的钻削力。     

超声振动微孔钻削轴向力研究

超声振动微孔钻削技术可在硬脆材料上加工出大长径比的微孔,因而越来越受到工业重视。根据动态切削厚度建立轴向力计算模型,使用MATLAB软件模拟得到微细钻头切削轨迹和动态切削厚度,结合已建立的三维钻削模型计算钻削过程中刀具受到的轴向力和转矩,并使用有限元软件Advant Edge来进行切削模拟,得出微细钻头受轴向力情况。可以得出,计算结果和模拟结果中轴向力变化趋势相同。     

轴向低频振动对皮质骨钻削进给力的影响试验与分析

为了研究轴向低频振动辅助钻削方式在皮质骨钻削过程中对进给力的影响,对全钻头和横刃部分进给力进行了对比试验,并对切削刃切削单元的运动学和瞬时加工过程进行了分析。对比试验结果表明：在相同的钻削参数下,与常规方式相比,轴向低频振动钻削方式的全钻头进给力最大可减小约60%,横刃部分进给力可减小60%～80%。依据运动学分析和典型骨屑形态对比可以得出：在特定的钻削参数和振动参数配合下,轴向低频振动钻削方式可以实现钻头-工件周期性分离运动,显著影响瞬态加工过程,是进给力显著减小的主要原因之一。     

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。     

超声振动辅助钻削BK7的试验研究

针对BK7光学玻璃在传统制孔过程中出现的入孔边缘质量差和轴向力大的问题,提出了采用50kHz超声波辅助加工装置,开展超声振动辅助钻削BK7的对比实验和加工参数单因素实验。从普通加工和超声振动辅助加工基本运动学角度深入分析了加入超声振动后轴向力减小的原因,以及不同振幅、转速对轴向力减小幅度的影响。研究结果表明：与传统钻削相比,金刚石套料钻超声振动辅助钻削不仅可以获得更小的轴向力,还可以有效提高入孔边缘质量,当振幅增大、转速降低时,增大了轴向力的减小幅度。