亚干式深孔钻削系统及其试验分析

将亚干式切削技术与深孔加工技术相结合,在BTA内排屑深孔加工系统的基础上,采用风冷雾化排屑系统代替BTA系统中的切削液排屑系统,形成亚干式深孔加工系统,从而实现风冷雾化切削液对刀具进行冷却润滑和排屑的功能,以减少切削液的使用及环境污染。并在不同的切削用量条件下对亚干式深孔加工与BTA深孔加工的切削力进行了对比试验及分析。试验证明该系统在合理的切削条件下切削力和排屑情况要比BTA系统具有优越性。     

BTA深孔加工中减振导向块的作用及位置

特种行业的材料更新对BTA深孔加工提出了更高的要求。由于BTA深孔加工钻削系统的刚性和刀具自导性较差,排屑和润滑困难,造成加工难度显著增加,甚至出现振动,难以保证精度。为此,本文研究了BTA深孔加工中减振导向块的作用及位置对BTA深孔加工精度的影响。     

BTA深孔钻设计技术

分析了BTA深孔钻工作原理和钻削特点,根据深孔加工中常见断屑、排屑困难的问题,分别从结构、刀具材料、导向块、分屑和断屑等方面进行了详细研究,提出了BTA深孔钻的结构设计要点、刀具材料的选择原则、导向块合理设计与分布原则,并简单阐述了切削速度和进给量对断屑形成的影响。     

基于Deform-3D的准干式深孔钻削有限元分析

采用Deform-3D有限元分析软件对准干式BTA单刃内排屑深孔钻钻削做了仿真研究。应用Deform-3D软件设置模拟参数为干式钻削,在不同的切削用量情况下对切削力的大小、刀具磨损以及切削温度场进行了仿真分析,讨论了断屑的发生位置以及分屑的形成过程,为准干式深孔加工的切削参数和刀具参数进一步的优化提供了依据。     

深孔加工用BTA钻加工参数的选取

BTA钻是深孔加工中常用的刀具之一。在深孔加工中最主要的是针对不同的材料选取合适的加工参数。因为这种刀具都采用的是内排屑，加工参数要是选取不合适就会影响排屑，使正常加工无法进行。BTA钻的主要加工参数是转速（r／min）、进给量（mm／min）和切削液的流量（L／min）。     

基于Deform-3D准干式深孔BTA刀具钻削的仿真研究

采用Deform-3D有限元分析软件对准干式单刃内排屑BTA钻削做了仿真研究。应用Deform-3D软件设置模拟参数为干式钻削,在不同的切削用量情况下对切削力的大小、刀具磨损以及切削温度场进行了仿真分析,讨论了断屑判据以及分屑的形成过程,为准干式深孔加工的切削参数和刀具参数的进一步优化提供了依据。     

MQL技术在内排屑深孔钻削加工中的应用

针对传统浇注式内排屑深孔钻削加工方法(BTA或DF)存在着切削液消耗量大、生产成本高、污染环境及危害操作者身体健康等问题,本文提出了将MQL技术(最小润滑技术)应用于内排屑深孔加工的方法(即亚干式深孔加工),并对MQL切削加工中切削液的作用与效果进行了分析。通过亚干式深孔钻削试验,确定出水溶性切削液具有良好的雾化效果,并且加工系统具有良好的冷却及排屑效果。针对刀具磨损较大等问题,提出了采用油液混合雾化以及低温冷风的方法,以提高刀具的润滑性和冷却效果。     

深孔加工工具系统研究现状及趋势分析

深孔加工具有工作条件恶劣、切削热难传散、断排屑困难和工艺系统刚性差等特点,属于制造领域典型难题之一。针对核电管板深孔加工的特点,提出开发高效和可靠的深孔加工刀具系统的必要性。阐述了目前常用的四种深孔加工刀具系统—枪钻系统、BTA系统、双管喷吸系统和DF系统的工作原理、特点及其应用范围。讨论了深孔加工刀具的种类以及国内外研究现状,提出深孔加工刀具系统新的研究展望。     

BTA深孔钻内流道排屑机理数值仿真研究

深孔加工在工件内壁与BTA深孔钻具形成内部封闭、流道狭窄的空间,排屑问题成为高效深孔加工的难点之一。深孔加工排屑问题关键在于研究BTA深孔钻具内流道的流体的压力损失情况。利用Fluent软件对BTA深孔钻复杂的内部流场进行了数值模拟仿真,得出了BTA深孔钻在压力损失、局部阻力、大漩涡与中小漩涡分布等的综合分布规律。创新性的提出了BTA深孔钻的局部阻力系数ξ值,为优化BTA深孔钻排屑结构、解决深孔钻有限空间内高效排屑问题难提供新方法。     

亚干式BTA深孔加工中钻头材质的选型研究

用五种不同硬质合金材质的单刃内排屑深孔钻头,在采用微量润滑油技术条件下,进行亚干式[1]BTA(Boring and Trepanning Association)系统钻削[2]试验.分别对45钢和不锈钢两种工件材质进行φ20mm小孔加工,得到了加工过程中不同的力与力矩、刀具磨损及崩刃情况等加工数据,优选出加工这两种工件材质的适宜刀具材料,对亚干式深孔加工时刀具材料的选型具有一定的指导意义.     

基于模糊神经网络的深孔加工刀具磨损率预测

刀具的过快磨损不仅增大加工成本,也影响工件的最终加工质量,因此预测和减少刀具磨损率具有重要意义。由于BP神经网络本身容易陷入局部极小值、收敛速度慢等缺陷,且深孔加工过程及其复杂,无法建立加工中刀具磨损率与加工参数之间的准确数学模型,故采用模糊神经网络建立BTA刀具磨损率在线钻削模型。仿真和实验结果表明,该模型能有效预测BTA刀具磨损率,对提高刀具寿命和加工深孔的质量具有一定的意义。     

Novel micro-deep-hole drill with variable web thickness and flute width

This study proposes a novel micro-deep-hole drill with variable web thickness and flute width to effectively improve the problem of tool breakage and chip clogging during micro-deep-hole drilling. Firstly, the failure form and failure mechanism of micro-drill are explored by performing drilling experiments, and it is found that the torsion fracture and bending fracture are the main premature failure modes of micro-deep-hole drilling tools. The static simulation analysis of micro-drill is further conducted to investigate the influence of geometric parameters on the stiffness and strength of high-aspect-ratio micro-drill, and the results indicate that the web thickness ratio and flute width have significant effects on drill tip stiffness and spiral groove root strength. To balance the rigidity, strength and chip evacuation capability of micro-deep-hole drilling tools, the new micro-drill with variable web thickness and flute width is developed, supplemented by comparative experiments. The results confirm that the new micro-drill has better chip removal ability, greatly reduces the drilling force, torque, drill tip wear and material peeling phenomenon, and significantly enhances the machining quality of hole wall.     

难加工材料枪钻加工技术研究

深孔加工是机械加工领域的重要分支,在钛合金、沉淀硬化不锈钢等难加工材料的深孔加工过程中,存在加工表面质量差、刀具崩刃、磨损严重和断屑排屑困难等问题。枪钻是深孔加工领域发展最早、应用范围最广的深孔加工刀具之一,其几何结构特殊,在深孔加工中具有加工质量好、效率高、直线度好等特点。本文介绍了枪钻的主要结构及受力情况,分析了枪钻的切削加工过程及其断屑条件,通过对切屑、切削力和切削温度的研究,得到了刀具、工艺参数以及切屑对加工质量和刀具磨损的影响规律。最后以两种典型的难加工材料为代表,分析了难加工材料深孔加工的特点。研究结果对难加工材料的枪钻深孔加工具有重要的指导意义。     

On the design and development of a new BTA tool to increase productivity and workpiece accuracy in deep hole machining

This paper presents the design and method of development of a new three-pad BTA tool. The advantages of this cutting tool over a conventional two-pad BTA tool are brought out using a probabilistic approach in both the static and dynamic case. Experiments were conducted with the new three-pad tool, and it confirmed the theoretical prediction that the three-pad tool is more stable than the conventional BTA tool. Also, the cause of grooves observed on the workpiece produced by the two-pad tool has been explained. Further, it is observed that the third pad stiffens the tool thereby improving the chip breaking effect which improves the quality of the holes produced at high feeds. Thus this new development increases the productivity and improves workpiece accuracy in deep hole machining.     

基于UG二次开发的深孔钻参数化设计

为优化BTA深孔钻,提高刀具设计效率,对BTA深孔钻进行了参数化设计,采用UG/Open软件建立了考虑机床、刀具、加工工艺等多种因素限制为约束条件的深孔钻结构参数,实现了基于UG二次开发的深孔钻参数化设计,并按照模型进行刀具试制,验证了参数化模型的有效性。     

分散剂在电火花小孔加工中的作用机理及试验研究

从研究水分散剂的分散机理入手,分析研究了水分散剂对电火花小孔加工的排屑、加工速度和加工质量的影响。通过电火花小孔加工中采用自来水工作液和分散剂工作液的加工效果对比,发现在电火花小孔加工的水基工作液中加入一定比例的分散剂后,不仅使电火花小孔加工的加工速度提高、电极相对损耗降低,而且有效脉冲数增加,二次放电数明显减少,工具电极作用端和被加工孔的锥度变小,加工质量提高。     

Chipping minimization in drilling ceramic materials with rotary ultrasonic machining

Ultrasonic machining (USM) has been considered as a new cutting technology that does not rely on the conductance of the workpiece. USM presents no heating or electrochemical effects, with low surface damage and small residual stresses on workpiece material, such as glass, ceramics, and others; therefore, it is used to drill microholes in brittle materials. However, this process is very slow and tool wear dependent, so the entire process has low efficiency. Therefore, to increase microhole drilling productivity or hole quality, rotary ultrasonic machining (RUM) is considered as a strong alternative to USM. RUM, which presents ultrasonic axial vibration with tool rotation, is an effective solution for improving cutting speed, precision, tool wear, and other machining responses beyond those of the USM. This study aims to reduce the microchipping or cracking at the exit of the hole, which inevitably occurs when brittle materials are drilled, with consideration of tool wear. To this end, response surface analysis and desirability functions are used for experimental optimization. The experimental results showed that the proposed RUM scheme is suitable for microhole drilling.     

SiC陶瓷旋转超声振动套磨制孔有限元仿真及实验研究

为解决SiC陶瓷加工时容易出现崩边、裂纹等问题,结合仿真与实验对其进行旋转超声振动套磨制孔技术研究。根据SiC陶瓷宏观力学本构模型,建立SiC陶瓷制孔仿真有限元模型并进行加工过程仿真分析,相比常规制孔,超声振动制孔的仿真轴向力最大可减小26.1%。常规加工和超声振动加工的对比实验研究表明,旋转超声振动加工可减小轴向力达32.9%,可大幅减少陶瓷材料脆性断裂,显著改善孔壁表面质量。有限元仿真与实验研究所得的轴向力在超声振动下最大相差7.5%,常规条件下两者最大相差14%,验证了有限元模型的正确性。仿真和实验研究结果表明：超声振动加工可显著减小轴向力和刀具磨损、提高刀具耐用度、改善制孔质量、降低加工成本。     

高速钢麻花钻的磨损试验研究

麻花钻是实现孔加工的重要工具,然而切削刃口的快速磨损是制约钻孔质量和钻头寿命的重要因素。基于产品抽样钻孔试验与正交试验,本文对高速钢麻花钻的磨损、破损等失效形式进行了综合分析,探讨了以钻孔直径为评价指标时的孔加工数量与孔径的关系,并对麻花钻磨损的关键影响因素进行了正交试验研究。结果表明,麻花钻磨损与破损形式主要有主切削刃前刀面与后刀面磨损、横刃磨损、刃带磨损、外圆转角磨损、崩刃等;切削速度对麻花钻磨损影响最大、进给量次之、孔深影响最小;此外,随着加工孔数量的增加,孔径呈减小趋势。