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难加工材料微钻削仿真与实验研究

赵颂  
【摘要】:微钻削是机械微细加工的重要组成部分,是制造微小零部件的关键技术之一,用于钻削的微钻头尺寸小,强度和刚度差,在加工不锈钢等难加工材料时容易产生严重的磨损破损,降低刀具使用寿命和孔的加工质量。以切削原理、尺度效应理论为基础,采用仿真模拟方法,建立了直径f0.8 mm横刃修磨和未修磨钻头三维模型,模拟了316L不锈钢的钻削过程,分析了切屑的形成、切屑形态、钻头的应力和温度分布,以及工件的变形过程,考察了切削参数、钻尖几何结构、钻头直径、刃口圆弧对切削力和切削温度的影响,通过正交实验优化了钻头几何结构参数。通过实际钻削实验研究了不同切削参数下钻头磨损情况和孔的加工质量。研究结果表明,横刃参与切削和主切削刃参与切削后钻尖最大应力分别分布在横刃和主切削刃外缘拐点处,修磨钻头初期应力集中于内缘切削刃处,未修磨钻尖横断面呈平行四边形,修磨钻尖为Z字形,未修磨钻头横刃处钻削力占总钻削力的59.3%,而修磨钻头横刃处钻削力占总钻削力的5%,横刃修磨钻头的轴向力和温度在相同切削参数下比未修磨钻头分别降低45%和10%以上。以螺旋角、顶角和芯径比为因素的正交实验结果显示影响钻削力和钻削温度最大的分别是芯径比和顶角,最优的刀具参数为螺旋角35°,顶角120°,芯径比0.3。微钻削实验结果显示主切削刃和横刃是钻尖磨损最严重的位置,磨损类型主要是磨粒磨损,主切削刃磨损程度由切削刃外缘向横刃方向逐渐降低,横刃磨损最严重的位置是横刃外缘拐点附近,增加主轴转速和进给速度都会增加钻头磨损。钻孔入口直径和圆度值比出口孔大,进给速度对钻头磨损的影响比主轴转速大,在20 mm/min到80 mm/min的进给速度下钻20孔后,入口处孔圆度值为1.057至1.07,而出口处圆度值为1.03左右,20 mm/min进给量时钻削316L不锈钢时孔出口处多产生有钻帽均匀毛刺,80 mm/min进给量时多产生有冠状毛刺。优化几何结构的微钻头具有更好的切削性能,可以有效地提高钻头使用寿命,改善被加工工件的钻孔质量,提高生产工作效率,为实际生产提供了数据参考和技术支持。图50幅;表14个;参55篇。


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