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错齿BTA深孔钻自导向机理研究与钻削工艺参数优化

李旭波  
【摘要】:深孔加工应用于能源开采、航空航天、机械、汽车轮船制造、等关键零件制造等领域,成为机械制造技术中不可或缺的分支,BTA深孔钻削以其加工效率高、加工过程稳定、加工孔质量好等特点被广泛应用,但是钻削过程中一直存在着加工过程复杂、断屑排屑困难等问题,如果钻削工艺参数选取不当,就会导致切屑断裂异常、加工质量下降等,本文是以第三代核电蒸汽发生器管板的深孔加工为背景,通过对错齿BTA深孔钻钻削过程理论建模和实验,研究了钻削工艺参数对钻削力、切屑断裂以及加工孔质量的影响规律,优化得到钻削核电管板工件合理的钻削工艺参数。总结了现有的几种常见深孔钻削系统的工作原理及特点,阐述了BTA深孔钻削加工原理,分析了错齿BTA钻头钻削过程的受力特征,基于二元直角切削模型建立了钻削力理论公式,获得了错齿BTA钻头钻削过程钻削力以及导向条的受力特征,对影响钻削力的主要因素进行了分析。分析了错齿BTA钻头钻削的切屑断裂形式,利用切屑断裂中应力应变关系推到了断屑台尺寸以及钻削参数对切屑断裂的影响。通过对BTA深孔钻自导向工作机理研究,揭示了BTA深孔钻削孔壁的最终形成是依靠导向条与已切削孔壁的挤压塑形变形与弹性恢复共同作用,加工孔壁具有表面粗糙度小、硬度高、耐腐耐磨特性。搭建了BTA深孔钻削实验研究平台与钻削力测试系统,通过实验研究不同钻削工艺参数下钻削力与切屑变形、断裂的变化规律,结果表明:钻削速度对钻削力、切屑变形断裂影响较小;而随着进给量增大,钻削力增大,切屑变形系数增大,切屑长度减小,断裂系数减小;利用线性回归方法获得了错齿BTA钻削工件切屑断裂系数的经验公式,预测不同钻削参数下的切屑断裂情况。实验研究分析了错齿BTA钻所钻孔尺寸精度、表面质量随钻削工艺参数的变化规律,获得了不同情况下的导向条对孔壁的挤压变形量、孔径、表面粗糙度、孔壁表面微观硬度。随着钻削速度增大,挤压变形量增大,孔径先增大后减小,表面粗糙度减小,表面微观硬度增大;随进给量的增大,挤压变形量增大,孔径先减小后增大,表面粗糙度增大,表面微观硬度增大。对核电管板试件进行了钻削实验,获取了错齿BTA钻头的磨损形态及变化规律,通过优化获得了Φ17.75 mm错齿BTA钻头钻削核电管板的合理钻削工艺参数,钻削速度v=92.4 m/min(转速n=1657 r/min)、进给量f=0.114 mm/r。研究结果为核电管板深孔钻削工艺参数选取和错齿BTA钻头的设计优化提供了依据。


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