BTA深孔钻喉部结构的数值优化研究

针对深孔切削加工进行时,排屑效率低与钻头喉部易堵屑的问题,对BTA冷却系统冷却液出口断面速度,以及冷却液在钻头喉部的流动过程与特性进行了研究,基于计算流体动力学(CFD)与射流卷吸效应,提出了一种新型的BTA深孔钻头喉部结构。对加工时的压强和流量参数进行了分析后,修订了有限元冷却液模型的湍流强度和耗散速率,在此基础上进行了两种钻头喉部结构的排屑能力对比试验,测量了冷却液系统的冷却液出口断面流出平均速度。研究结果表明:实验时,新型喉部结构的直径38 mm BTA深孔钻头所组成的冷却系统,其冷却液出口断面流出的平均速度提高12.6%;同时,冷却液系统整体的排屑能力也得到了提高。     

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。     

一种新型的深孔负压装置研究

通过对现有DF深孔钻削系统的结构及工作原理的理论分析,研究新型双锥面负压射流结构、负压机理及排屑特性,提供一种排屑能力更强、工艺性更好、加工精度和生产效率更高、孔径实用范围更广的新型深孔双锥面负压装备,应用于ZK2138深孔钻床,结合理论分析,进行正交化设计试验,最终确定新型双锥面负压射流通道的合理几何参数.     

小直径深孔振动钻削钻头的研究

分析了小直径深孔振动钻削对钻头的要求；设计了一种新型内排屑深孔钻头；分析了该钻头的结构和刃磨特点，进行了振动钻削试验。试验表明，合理匹配切削参数和振动参数，可实现断屑可靠且排屑顺畅，能钻出尺寸精度高、表面粗糙度参数值小、直线度较高的深孔。分析了用新型钻头进行振动钻削提高工艺效果的原因，表明该种钻头具有良好的工艺性能。     

错齿BTA钻头刀体扭转强度模拟分析与实验研究

错齿BTA钻头刀体结构复杂,在钻削过程中既要承受较大的钻削力,又要具有足够大的排屑空间,解决刀体强度与排屑能力之间的矛盾是实现错齿BTA钻头优化设计的关键。采用有限元模拟分析与实验相结合的方法,对核电管板加工用错齿BTA钻头在扭转载荷作用下刀体强度及其应力应变分布特征进行了研究。结果表明:现有的错齿BTA钻头刀体在外齿根部与刀体中心两个排屑通道之间的横筋处为薄弱环节,存在较为严重的应力集中现象,扭矩实验中裂纹的产生部位与有限元模拟分析结果一致。通过采用形状优化及拓扑结构优化的方法对刀体薄弱环节进行优化改进,实现了刀体强度与排屑能力的综合优化,提高了错齿BTA钻头管板深孔加工效率。     

深孔钻削双锥面负压系统研究

通过对现有DF深孔钻削系统的结构及工作原理的理论分析,研究新型双锥面负压射流结构、负压机理及排屑特性,提供一种排屑能力更强、工艺性更好、加工精度和生产效率更高、孔径实用范围更广的新型深孔钻削双锥面负压装备,应用于ZK2138深孔钻床,结合理论分析,进行正交化设计试验,最终确定新型双锥面负压射流通道的合理几何参数.     

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。     

一种用于数控机床的高效深孔钻

介绍一种高效深孔钻 ,其中包括刀具的材料、钻头结构、排屑槽及通液孔的形状结构 ,给出钻头的几何参数 ,并通过加工实例说明刀具在实际加工中的使用效果     

新型外排屑负压抽屑系统

负压抽屑系统已成功地应用到内排屑深孔钻削中,通称DF系统。它是在继承BTA钻(单管内排屑深孔钻)和双管喷吸钻二者优点的基础上研制出来的一种深孔钻削系统。内排屑深孔钻削系统由于其排屑结构上的限制,不适用于小直径深孔(φ10mm以下)加工。对于小直径深孔,一般使用外排屑深孔钻,枪钻即为其代表。由于孔径较小,再加上新材料及难加工材料的出现,排屑就成为一个难题。排屑效果直接影响到孔加工质量和刀具耐用度,排屑不好,产生憋屑,造成钻头扭断和工件损坏,以至于小深孔钻削成为许多厂的卡脖子工序。为了解决这个难题,我们将负压抽吸原理应用到外排屑系统中,研制出了外排屑负压抽     

BTA深孔钻结构优化

深孔加工技术中钻孔时出现偏斜是普遍存在的问题,加工又一难点是排屑困难。提出了用切削液消除或减小钻孔偏差的数学模型,其原理是液压锁紧,基于以上原理设计了带正锥度的BTA深孔钻,并通过实验验证其加工出的工件孔轴线的偏斜度得以减小;另外通过在BTA喉部后端设计二级入流口以形成一定负压,完成负压抽屑作用,利用CFD软件对优化后的BTA深孔钻进行流体仿真,观察到BTA深孔钻喉部的排屑效果显著提高。     

BTA深孔钻切削过程实验研究

通过BTA深孔钻削加工过程的实验，探讨了其切削机理，主要研究了BTA钻头切削部几何角度和切削用量对切屑变形的影响。实验结果显示，中心切削刃切下的切屑变形最大，各切削刃对切屑变形的影响趋势基本相同。本实验研究丰富了深孔加工的切削机理，为优化深孔加工的切削参数奠定了基础。     

BTA深孔钻削EA4T钢的屑形研究

通过深孔钻床加工同批次空心车轴试验,研究错齿BTA深孔钻在不同切削参数(切削速度、进给量、切削液流量及压力)下的切屑形态对排屑效果的影响。由试验可知:当切削速度为80m/min、刀具进给量为0.2mm/r、切削液压力达到2.8MPa、切削液流量控制在90L/min时,加工后所产生的C形屑是深孔钻削排屑过程中的理想屑形。     

基于DEFORM-3D的深孔枪钻切屑成形机理分析

切屑形态对枪钻深孔加工中孔成型精度影响较大,利用DEFORM-3D有限元仿真软件模拟深孔加工中切屑的形成过程、形态和断屑方式,准确复现切屑的形成过程及形态,并计算切屑的曲率与厚度。模拟分析与记录轴向力、扭矩和切削过程温度等参数,揭示出力与扭矩的全过程变化规律,分析得出切削刃温度最高区域、相邻区域的温度分布规律,为切削过程工艺参数的控制提供理论依据。试验与仿真数据对比分析表明,采用有限元分析方法可为枪钻深孔切削过程工艺参数选取和优化提供基本可信的依据,并有效缩减切削试验次数。     

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。     

三切削刃BTA深孔钻钻削过程研究

通过试验对3个切削刃BTA深孔钻削过程进行了研究,主要分析了在特定的深孔条件下切屑变形和钻削力的情况.通过对测试系统所得到的试验数据进行评估和证实,阐述了BTA深孔钻轴向力的组成和切屑变形、刀具磨损以及钻削力之间的关系.研究结果表明,钻头的内刃在切削过程中产生的切屑变形最大,3个切削刃(内刃、中间刃、外刃)的切削力和切屑变形的总体变化趋势是相同的.     

振动切削深孔加工初始偏差对孔直线度误差的影响

构建了振动切削深孔加工钻杆在轴向振动、振动切削力和切削液流体力影响下的多跨动力学有限元模型。引入自由模态综合技术,将钻杆线性自由度的特征模态进行缩减,仅保留具有非线性动力特征的模态,从而可有效降低耦合系统自由度数,减小计算量。利用该缩减后的模型,研究了辅助支撑位置和加工深度与孔直线度误差的作用关系,获得了孔直线度随初始偏差量变化的规律,为大跨度振动切削深孔加工机床的精度设计和加工误差分析提供了依据。通过试验与数值计算结果的对比,验证了所提出方法的有效性与准确性。     

旋转DF系统的多结构参数建模及结构设计

针对深孔加工中排屑难、效率低的问题,设计出一种具有刀具旋转功能的DF钻削系统。基于流体力学理论建立了深孔机床DF系统的多结构参数数学模型,揭示了主要结构参数对负压抽屑效果的影响规律,获取了最佳的参数组合。进一步地,对现有旋转DF系统进行了结构完善及参数优化。研究结果为深孔机床抽屑装置的优化设计提供了可借鉴的方法。     

错齿BTA深孔钻削切屑变形断裂影响因素研究

利用错齿BTA深孔钻削切屑弯曲变形规律,对导致错齿BTA内排屑深孔钻切屑断裂的影响因素进行了分析,通过试验研究了错齿BTA深孔钻削切屑的变形断裂随刀齿钻削半径、钻削工艺参数、断屑台尺寸的变化规律。研究结果表明,刀齿钻削半径对切屑厚度影响很大,随钻削半径的增大,各刀齿切屑厚度增大,切屑厚度最大值点均位于刀齿切屑大径边缘且中心齿、中间齿、外齿的切屑厚度最大值依次减小;与转速相比,进给量对切屑厚度和切屑应变增量的影响更大,随进给量增大,切屑厚度增大,切屑应变增量增大;随断屑台宽度减小、高度增大,切屑应变增量增大,断屑条件改善。     

小井眼开窗侧钻用高抗弯钻具接头性能分析与结构参数优化

随着小井眼开窗侧钻技术的广泛应用,由井下弯曲段引起的钻具接头失效问题日益突出。为解决因弯曲载荷造成钻具接头变形失效的问题,根据弹塑性力学理论及中心管材料本构模型试验研究结果,建立了钻具接头螺纹连接的三维有限元模型,研究了弯曲载荷作用下钻具接头连接强度和密封性能,并通过胀扣试验验证了有限元分析结果的可靠性。在此基础上利用正交优化方法,对其关键结构参数进行优化,获得了钻具接头较优参数组合,对比计算了API钻具接头与高抗弯钻具接头力学性能。结果表明,优化后的连接螺纹在抗拉/压、扭矩及弯曲方面性能均优于API螺纹,能更好地满足小井眼开窗侧钻的钻井要求。     

深孔钻削切屑形态的研究

通过试验研究了φ14 mm的YT15刀片BTA钻、涂层刀片BTA钻和陶瓷刀片BTA钻在不同切削参数的切屑形态和切屑容屑系数λ(λ为单位体积金属的切屑所具有的容积)对排屑的影响,试验表明,切屑容屑系数越小排屑越好,而且C形切屑的切屑容屑系数最小,对排屑最有利。