微径钻铣刀具的失效形式及抑制措施分析

由于具有刃口半径效应、径向刚度差、旋转速度高、切削稳定性差等特性,微径钻、铣刀具具有不同于常规尺度钻、铣刀具的失效特征。基于大量钻削和立铣削试验,在对常规尺度麻花钻、平头立铣刀的一般失效形式简要分析的基础上,研究了微径麻花钻和平头立铣刀的特殊失效形式及原因,提出了抑制微径钻、铣刀具失效的基本方法。结果表明:容屑空间堵塞、塑性变形、断齿是微径钻、铣刀具常见的失效形式;随着刀具直径减小、转速增高,整体断裂成为微径钻、铣刀具的最主要失效形式;改善材料切削性能、提高切削液作用效果、优选刀具材料及结构、优化切削工艺是抑制微径钻、铣刀具失效的根本措施。

微小孔钻削过程轴向力和扭矩的模拟研究

对微小孔标准麻花钻钻削力进行研究,采用UG的驱动方程曲线功能建立微小孔标准麻花钻并测量相关角度,建立钻削过程的简化模型;利用金属成型有限元仿真专用软件DEFORM3D对微小孔钻削过程的轴向力和扭矩进行了研究。将仿真结果与传统经验公式及实验数据进行了对比,结果表明:DEFORM分析的简化模型结果表明加宽后的横刃对钻削过程中轴向力的贡献远远大于经验数据,该简化模型在仿真结果的准确性上优于经验公式,更接近于实际情况。

表面微织构和内冷却对钻削Ti6Al4V切削力及切屑形态的影响

Ti6Al4V钛合金是一种典型的难加工材料,本文采用光纤激光打标机在内冷麻花钻的前刀面、后刀面以及前后刀面上加工沟槽型微织构,制备出TF、TB和TFB型3种刀具进行Ti6Al4V的钻削试验,并对不同切削速度下的钻削力和切屑形态进行了分析研究。结果表明:在表面微织构和内冷却双重作用下,3种刀具的钻削力均有不同程度下降,切屑的卷曲程度增加,刀具的断屑能力提高; TF钻头能明显增加切屑卷曲程度和提高刀具的断屑能力,TB钻头可以更好地降低钻削力,TFB钻头的综合效果更好。

沟槽型表面微织构麻花钻的钻削性能仿真

刀具表面置入微织构能够有效提高刀具切削性能和减小刀具磨损。针对麻花钻磨损严重问题,在麻花钻的前刀面刀—屑接触区域设计沟槽型表面微织构,利用Deform-3D软件建立表面微织构麻花钻钻削45钢的三维仿真模型,并研究沟槽宽度和间距对表面微织构麻花钻的钻削性能影响和作用机理。仿真结果表明:表面微织构的置入能够有效降低钻削力和减少钻头磨损,并改善麻花钻前刀面的最大温度分布,避免了最大温度的集中;当沟槽宽度增加时,钻削力呈先减小后增加的趋势;当微织构沟槽间距减小时,刀—屑接触区域内起作用的微织构数量增多,钻削力、钻削温度和钻头磨损呈减小趋势。

表面微织构麻花钻干钻削45钢的钻削性能研究

现代摩擦学认为合理的微织构表面具有更好的抗磨减摩性能。针对麻花钻在钻削过程中磨损严重问题,提出在高速钢麻花钻的前刀面加工出不同尺寸参数的沟槽型表面微织构,并进行干钻削45钢试验,分析微织构宽度和间距对表面微织构麻花钻钻削性能的影响。结果表明:表面微织构的存在能够有效地降低钻削力,增大钻屑卷曲,同时也能捕捉和容纳细小钻屑,减缓钻头的磨损。织构宽度对麻花钻的钻削性能影响较大,当织构宽度为100μm时麻花钻钻削性能表现最优,过大的织构宽度会造成钻削力上升,钻屑缠绕和粘结在麻花钻表面等负面效应。适度减小沟槽间距、增加沟槽数量能够提高表面微织构麻花钻的钻削性能。

后刀面微织构内冷麻花钻钻削Ti6Al4V的性能研究

Ti6Al4V具有强度高、导热性低等特点,广泛应用于航空、航天等领域高端装备中。钻削制孔时,在热-力作用下,切削力和切削温度较高,产生严重的刀具磨损,导致加工效率低和加工质量差。本文采用激光技术在内冷麻花钻后刀面制备出平行于主切削刃(PT)、垂直于主切削刃(VT)、倾斜45°于主切削刃(LT)的三种沟槽型微织构,进行Ti6Al4V的钻削试验,对钻削力、切屑形态以及被加工孔表面粗糙度进行研究,并与无织构麻花内冷钻(NT)对比。结果表明:在内冷麻花钻后刀面加工微织构能有效减小钻削力,其中,相对于NT型麻花钻,PT和VT型麻花钻的钻削力降低23%~31%,而LT型麻花钻相对于NT型刀具钻削力降低46%;对于切屑形态,微织构麻花钻能降低切屑堆积性,增加其断屑性能,LT型麻花钻几乎没有缠屑;对于被加工孔的表面质量,微织构麻花钻可有效降低其R a值,其中LT型麻花钻的粗糙度R a值达到了1.28μm,比NT型麻花钻降低了约54.4%,综合效果最好。