可转位浅孔钻螺旋容屑槽结构优化及实验研究

钻头排屑性能直接影响切削性能,为了解决可转位浅孔钻在切削过程中出现的缠屑和振动问题,进而避免由此引发的加工异常和孔壁质量差的情况,采用了理论分析和仿真模拟相结合的方法,深入研究了螺旋容屑槽横截面形状结构和螺旋角结构对钻体刚性的影响,并通过实验验证了所设计钻体具有良好的刚性和排屑性能。仿真模拟结果分析表明,在芯径一致时钻体受到的最大应力为761 MPa、应变为0.003367,钻体头部横向位移量为0.3971 mm、转动变化量为0.006500 rad;变螺旋角在20°-16°时,钻体受到的最大应力为695 MPa、应变为0.002688,钻体头部横向位移量为0.3641 mm、转动变化量为0.006140 rad,此时钻体刚性和排屑性能达到良好的平衡;分析表明,螺旋角越大、叶宽差值越大,则芯径越小,钻体刚性越差;所设计的钻体在实验工况下未发生缠屑情况,表现出更好的排屑性能,并有较高的孔径一致性和良好的孔壁质量。

可转位浅孔钻切屑变形的影响因素研究

采用浅孔钻对45碳钢进行钻削实验,分析不同切削参数下切屑的生成过程、内外切屑形态、切屑表面形貌和截面的差异,对比直线刃和波形刃槽型结构对切屑变形的影响。分析结果可得,内切屑形态以横卷为主,而外切屑形态则以上卷为主;波形刃刀片产生的切屑自由面微观形貌更加密集;波形刃的切屑等效厚度大于直线刃,而切屑卷曲直径小于直线刃,拥有更好的切屑形态和断屑效果。

浅孔钻钻削过程的数值仿真研究

基于经典斜角切削理论和经验公式相结合的方法,采用单元刀具综合法,建立了浅孔钻切削力预报模型。运用有限元分析软件ANSYS的分析模块给出了浅孔钻加工过程的有限元模型,分析并得到了钻头的应力应变分布,并在此基础上预报浅孔钻非稳态加工时被加工孔的理论扩大量。本文建立的模型和所采用的研究方法为其他类型的浅孔钻切削力的计算与数值仿真提供了有价值的参考。

可转位浅孔钻几何角度分析

采用向量矩阵法建立了可转位浅孔钻静态几何角度的数学模型 ,使用该模型可计算出钻头切削刃各点的刃倾角、法前角、法后角及主偏角 ,为进一步研究可转位浅孔钻的钻削力、钻削温度、刀片磨损等提供必要的基础数据。

基于FEM的可转位浅孔钻几何参数的优化

建立了刀体与刀片的坐标系,定义出可转位浅孔钻的五个主要安装角度,并对其进行优化,得到径向合力近似为零的结果。为浅孔钻的结构设计和进一步研究钻削力、钻削温度等提供了依据。

可转位浅孔钻参数优化的数值解法

采用斜角切削理论和试验相结合的方法建立可转位浅孔钻钻削力数值仿真的数学模型。该模型用于研究刀片在刀体上的空间位置参数对钻削力和扭矩的影响,并在给定已知条件下求出经过优化的径向合力为最小的刀片位置参数。

可转位浅孔钻非稳态加工的数学模型

以刀体上装有两个等边不等角六边形硬质合金可转位刀片的浅孔钻为例,用向量矩阵法分析了可转位浅孔钻的几何参数。根据浅孔钻的加工特征将其分成稳态和非稳态两个工作状态,将非稳态加工分为钻入五个阶段和钻出三个阶段,并分别对其相应的几何参数的计算建立了数学模型。为对浅孔钻进行进一步力学建模、对其所受切削力、切削热的研究,对浅孔钻结构的改进、使用等打下了必要的基础。

可转位浅孔钻“非稳态”加工时的力学建模

以刀体上装有两个等边不等角六边形硬质合金可转位刀片的浅孔钻为例,用向量矩阵法分析了可转位浅孔钻的几何参数。根据浅孔钻加工特性划分了各个加工阶段,在建立各阶段数学模型的基础上,采用经典斜角切削理论和经验公式相结合的方法进一步分别建立了浅孔钻"钻入"五个阶段和"钻出"三个阶段的力学模型。为进一步研究浅孔钻所受切削力、切削热以及浅孔钻结构的改进、使用等打下了必要的基础。

浅孔钻三维参数化CAD系统开发与研究

以Visual C++6.0为编程工具,SQL Server2000为数据库平台,Pro/E Wildfire为三维实体建模软件,MATLAB6.0为数学计算软件;开发和探讨了面向对象的可转位浅孔钻三维参数化CAD系统。该系统可根据使用要求计算出刀体上刀片槽最佳的空间位置与刀片的几何参数并输出可转位浅孔钻的三维装配图与各零部件的三维实体图与二维工程图。

浅孔钻“非稳态”加工应力应变分析

以安装两片硬质合金刀片的可转位浅孔钻为例,在采用有限元方法建立浅孔钻"非稳态"加工时的力学模型的基础上,利用优化后的几何参数用数值仿真技术对各阶段的应力应变进行了研究,得出了最大应变发生的加工阶段、最大应力发生的刀具部位,还得出了加工孔的理论扩大量,为浅孔钻结构设计和使用提供了理论依据。

基于FEM的可转位浅孔钻钻削应力分析

以安装两片硬质合金刀片的可转位浅孔钻为例,对浅孔钻的刀片所受应力进行了研究。根据内外两个刀片的切削刃在加工中的实际状态,分别对其建立有限元模型,利用Matlab对刀片在优化后稳态加工时有效切削刃的载荷分布进行了多项式拟合,并进行了应力分析;在不同切削用量时对刀片的应力变化情况进行了数值仿真。为浅孔钻结构(主要是刀片槽形)设计、使用的刀片的几何参数的确定,以及加工中切削用量的选用等提供了理论模型和可供参考的结构参数,而且所建立的模型和所采用的研究方法为其它类型的可转位刀具切削力的计算与数值仿真提供了可供借鉴的途径。

可转位浅孔钻的实体建模及网格划分

可转位浅孔钻内外刀片的径向非对称分布,导致钻削时将会产生径向合力,从而影响被加工孔的质量。为最大限度的减小加工时的径向合力,有效研究浅孔钻钻削过程,需借助有限元软件对其进行三维斜角切削分析。由于浅孔钻结构复杂,为创建有限元分析所需要的几何模型,采用Solid-Works软件建立可转位浅孔钻三维模型,并详细介绍了其建模过程;同时在有限元分析软件ANSYS里对其进行网格划分,为后续浅孔钻的应力、应变等分析做好充分准备工作。

可转位浅孔钻切削部分几何建模

硬质合金可转位浅孔钻是一种新型、高效的孔加工刀具,本文作者采用向量矩阵法建立了可转位浅孔钻动态几何角度的数学模型,使用该模型可计算出浅孔钻在钻削加工过程中切削刃上各点的刃倾角、法前角、法后角及主偏角,为进一步研究可转位浅孔钻提供了必要的基础数据。

硬质合金可转位浅孔钻优化设计及CAD原型系统研究

以提高浅孔钻加工性能、促进浅孔钻批量化生产为目标,对刀体上装有两个等边不等角六边形硬质合金可转位刀片的浅孔钻进行研究。采用向量矩阵法建立切削部分几何模型;采用经典斜角切削理论和经验公式相结合的方法建立浅孔钻的力学模型;基于上述数学模型,以径向合力与扭矩最小为优化目标建立优化程序;在给定已知条件下求出不同切削用量、不同直径条件下的浅孔钻内、外刀片的最优空间位置,并进行分析;最后,基于理论分析与实验数据,建立可转位浅孔钻的参数化CAD原型系统。

浅孔钻径向力平衡的研究

确定了浅孔钻内外刀片上各自参加切削的折线刃;分析了折线刃在切削中的受力情况;构建了一种各折线刃受力与其长度成正比,且垂直作用在各切削刃的中部的模型;得到了内外刀片上各折线刃径向力平衡的计算方法,为解决其他类型的浅孔钻径向力平衡问题提供了依据。

基于钻削仿真分析的可转位浅孔钻辅助设计系统(IIDCAD)开发

为了提高浅孔钻设计质量和设计效率,分析了可转位浅孔钻在工程应用中存在的问题及研究现状;给出了基于"单位切削刃"思想的钻削力数学模型建立方法;以双刀片结构的浅孔钻为例,利用ANSYS进行优化仿真分析,求得径向合力最小时的刀片槽空间几何参数;对优化前后的浅孔钻进行应力应变对比分析,证明优化后结构的优越性;基于上述分析结果,建立计算机辅助设计系统IIDCAD,阐述了系统的功能结构及关键接口技术,给出了系统运行示例及关键程序代码。

浅孔钻的径向力平衡及关键参数设计

通过对WCMX型刀片可转位浅孔钻的受力分析,提出应以径向力平衡作为浅孔钻的设计原则;对内刀片的过轴心线值、刀片切削刃的余偏角及内外刀片轴向相对位置、端面相对于圆心位置等重要设计参数进行了分析和阐释,并给出了推荐值;推导出了内刀片偏转角β的计算公式。

高速内冷却浅孔钻加工管板实践与分析

本文主要阐述了高速内冷却浅孔钻的优点,结合我公司实际产品进行了工艺实验,确定了合理的工艺参数,分析了实验结果并得出结论。

可转位浅孔钻结构对排屑性能的影响研究而其空间大小的提高,优化了其容屑能力,提高了排屑性能。

排屑性能是评价钻头性能的一个重要指标,而钻头的容屑槽结构对其排屑性能影响很大。本文对可转位浅孔钻的容屑槽进行改进,提出了一种带偏心距的容屑槽。通过运用有限元分析及试验对比,证明其在保证刚度的前提下增大了容屑空间,提高了排屑性能。

浅孔钻钻削过程中的有限元动态仿真

基于Deform 3D有限元软件平台,采用数值仿真技术,建立了浅孔钻钻削加工45钢的有限元模型。动态模拟了浅孔钻钻削过程,获得了浅孔钻钻削加工过程中变形工件的等效应力和温度,分析预测了加工过程中硬质合金刀具所受的主切削力、径向力以及两刀片所受的扭矩及评估刀片的磨损情况。