难加工材料钻削性能及刀具磨损特性研究

【摘要】：由于孔加工的普适性及便捷性,使得其成为金属加工中最常用的加工工艺之一。但在加工譬如钛合金等难加工材料时往往会出现钻削力大、断排屑困难等问题,同时,使用浇注式切削方式不仅对环境和操作者不友好,还会造成一定程度的污染,而干切削也会造成刀具磨损严重等,基于以上背景,使得孔加工受到了制约。因此,本文将低频振动钻削技术和微量润滑技术引入到难加工材料的钻削加工当中,通过研究低频振动钻削过程中的切屑形态、钻削力、刀具磨损及加工精度等,来分析难加工材料的钻削性能及其影响因素。本文首先对麻花钻进行角度分析,以低频振动钻削时钻头的实际工作角度、斜角切削模型以及麻花钻钻削力的分布与组成为基础对麻花钻一条主切削刃建立钻削力数学模型,之后以钻削力分配比例为依据计算得出低频振动钻削时的钻削力合力。然后对TC4钛合金进行低频振动钻削试验,试验结果分析发现:轴向力试验值与理论值最大误差为16.46%;钻削力各个因素的影响大小为:进给量最大,振幅次之,钻削速度最小。最后以正交试验结果为依据用最小二乘法建立钻削力的回归模型,可实现对钻削力的预测。研究钻头磨损特性对于合理选择切削条件、提高工件的加工质量及如何正确使用刀具等方面有着重要的意义。文中分别对钻头的磨损形式和磨损过程进行分析,并通过试验分析得出不同的工件材料、刀具材料、切削用量以及振幅在钻削TC4钛合金时都会对钻头磨损产生一定的影响。验证了钻削力同钻头磨损的对应关系,即钻头磨损量的多少会对轴向力的大小产生直接的影响,而轴向力的变化也可以间接显示出钻头的磨损量。微量润滑切削技术在润滑渗透、降温、降低切削力等方面有着独特的优势,本文分别从润滑渗透机理、冷却机理和切削机理对微量润滑技术的作用机理进行分析研究,将振动钻削技术与微量润滑技术结合,来分析振动钻削对于微量润滑作用效果的影响,发现振动钻削以其独特的工艺优势能够有效改善MQL的作用效果。通过试验研究了不同润滑条件钻削TC4钛合金时对于钻头磨损的影响,可知随着切削液流量和压强的增加,可降低钻头磨损量。比较不同加工方式下的刀具寿命试验可以发现,振动钻削和MQL技术都可以显著增加刀具寿命。