振动钻削改善排屑效果机理的研究

通过建立常规钻削加工排屑管中切屑颗粒的运动方程 ,推导出振动钻削加工条件下切屑颗粒的运动特点 ,研究了振动参数对排屑速度的影响 ,分析了振动钻削提高排屑能力的原因 ,并提出优先选择振动频率的低频振动钻削加工原则 。

基于重整化方法的冲击载荷下岩石振动分析

旋转冲击钻井是当前钻进深井硬地层应用较多且效果显著的一种高效破岩技术。基于振动学理论,在考虑岩石重力的情况下,建立钻头冲击载荷下岩石振动响应的数学模型,采用重整化方法对其求解,利用MATLAB软件分析各参数对钻头高频冲击下岩石振动的影响,并进行了室内实验对理论分析结果进行了验证。结果显示:冲击载荷下岩石的运动为两个简谐振动的互扰振动;岩石的密度越小,刚度越小,冲击力越大,岩石的振动幅度越大,振动速度也越快;岩石存在一个固有频率,冲击载荷冲击频率越接近这个固有频率,岩石的振动越剧烈。当钻头高频振动频率和岩石固有频率相等时,岩石振动幅度和振动速度最大,即达到了共振。冲击载荷下岩石响应的分析对于揭示动载作用下岩石的破碎机理,指导冲击工具的设计具有重要意义。

振动钻削中切屑颗粒的运动规律

对单个切屑颗粒在水平排屑管中的运动规律进行了较为全面的分析，建立了切屑颗粒在水平排屑管中的轴向和径向运动方程，得出了单个切屑颗粒在无轴向振动和有轴向振动条件下的不同运动规律。研究结果表明，利用轴向振动使常规钻削加工中常出现的切屑堵塞现象，可以通过有效地破坏近壁流动死区而得到控制，与常规钻削加工相比，振动钻削提高了系统的排屑能力。

高温合金轴向超声振动钻削减摩机理

针对高温合金钻削困难、钻削过程中摩擦力大等问题,采用超声振动技术加工.首先,分析了超声振动减摩机理,构建了平均摩擦力与振动参数之间的关系,并得出了平均摩擦力与振幅之间的变化趋势.建立轴向超声振动钻削系统,利用该系统对高温合金进行钻削加工.结果表明:振动振幅对孔壁表面质量的影响符合超声振动钻削的减摩特性.利用优化后的振幅超声振动钻削,与普通钻削相比,切屑形态更加规整,孔壁表面粗糙度值更小,表面质量更好.

小直径深孔振动钻削钻头的研究

分析了小直径深孔振动钻削对钻头的要求;设计了一种新型内排屑深孔钻头;分析了该钻头的结构和刃磨特点,进行了振动钻削试验。试验表明,合理匹配切削参数和振动参数,可实现断屑可靠且排屑顺畅,能钻出尺寸精度高、表面粗糙度参数值小、直线度较高的深孔。分析了用新型钻头进行振动钻削提高工艺效果的原因,表明该种钻头具有良好的工艺性能。

管道中连续振动信号衰减模型与传递特性研究

借鉴电力线输电理论中的阻抗和传递系数来描述连续压力波动在管道中的传递过程,建立了基于传递矩阵的连续波衰减模型,利用特征阻抗来描述管道本体特征对波动传递的影响,并以此模型为基础,分析了连续波在管道中传递时压力和流量之间的关系、以及管道终端阻抗和倾角对波动传递的影响。通过对模型的仿真计算,得出了在管道中连续波信号传递时,管道内压力波呈驻波分布的结论,同时分析了在不同终端阻抗下波动的分布情况;通过对管道内不同频率信号的衰减情况分析,绘制了管道内信号传递的幅频特性曲线,得出了随着频率的升高,管道内信号呈波动性衰减的结论。最后通过地面验证实验,说明了不同频率信号在相同管道内的传递情况符合仿真分析,为随钻测量过程中通信频率的选取提供了理论支持。

井下自激振动采油技术模拟试验与应用

为将振源移到井下长期作用于油层,提高振动处理的效果,研制了井下自激振动采油装置。分析了自激振动解堵增油的机理,并通过室内模拟试验,研究了振盘沉没深度、振片直径、振片间距、涡流槽等对波动频率和压力的影响,同时测试了振动波在油层中横向的传播距离,为振动采油装置的设计与工艺优化提供依据。现场试验表明,井下自激振动采油技术是一种投资少、见效快、无污染、有效期长的解堵增产、强化采油新技术。

孔加工振动切削的断屑机理

分析孔加工中常用的麻花钻、扩孔钻、深孔单刃钻等振动切削的断屑机理,得出各种钻头振动切削的最佳条件,包括振动发生器的最小振幅、振动频率和工件转速断屑的最佳比值及各种情况的断屑层图。

CFRP超声振动套磨钻孔高效排屑机理和实验

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)在普通套磨钻孔(CCD)过程中,切屑粉尘粘刀和料芯堵刀导致的排屑效果较差而影响套磨加工效率和加工质量的问题,采用超声振动套磨钻孔(UVCD)新技术进行了CFRP高效套磨钻孔的基础理论和实验研究。从理论上分析了CFRP超声振动套磨钻孔原理和高效排屑机理,同时结合所设计的超声振动气钻和车床平台实验验证了CFRP超声振动套磨钻孔的高效排屑钻孔效果。结果表明:相比于CFRP普通套磨钻孔,超声振动套磨钻孔极大提高了切屑粉尘和料芯的排屑效果,有效防止了切屑粉尘粘刀和料芯堵刀现象,明显降低了12%~20%的钻削力、16%~24%的切削温度和33%~39%的孔表面粗糙度,明显改善了CFRP孔加工质量并且延长了套磨刀具使用寿命。

TC4钛合金低频振动钻削切屑形态和钻削力研究

为研究TC4钛合金低频振动钻削过程中切屑形态与钻削参数和振动参数对钻削力(轴向力和扭矩)的影响规律,基于一种自主研制的低频振动刀柄,分别采用单因素法和正交试验法对钛合金进行了低频振动钻削试验,分析了不同钻削条件下的切屑形态和钻削力,建立了轴向力和扭矩的经验公式,并对钻削力的影响因素进行直观分析与方差分析。结果表明:试验系统在低频振动钻削TC4钛合金时,振幅与进给量之比接近临界断屑值0.81时断屑可靠,排屑顺畅;低频振动瞬时钻削力呈现出规律的正弦波形,钻削力动态分量远大于普通钻削,轴向力和扭矩均值可比普通钻削分别降低10%~15%和15%~20%;进给量对钻削力影响最为显著,振幅次之,钻削速度影响最小;建立的振动钻削经验模型误差保持在10%以内,可以较为准确地对该试验系统所选参数范围内的钻削力进行预测。

高速深孔BTA钻削系统的高效排屑设计与研究

针对高速深孔BTA钻削系统加工过程中的排屑难题,引入振动钻削,利用ANSYS FLUENT对普通BTA钻削排屑通道进行流体的压力仿真分析,优化DF系统,得出分别控制油压的方法。给刀具施加一个轴向周期振动,实现变切厚钻削;DF系统利用喷吸作用加大排屑动力。将刀具的振动钻削及优化后的DF系统相结合,不仅有效地控制了切屑的尺寸大小,提高了加工内孔表面的质量,还减小了高压油在切削过程中的压力降,增加了钻削系统的稳定性,从而有效实现高效排屑。

Al/CFRP叠层结构低频振动辅助钻削工艺研究

在低频振动辅助Al/CFRP叠层结构配钻过程中,低频振动对复合材料的去除作用不明,难以同时保证Al和CFRP加工质量。针对这一问题,从理论角度对振动条件下刀具钻削过程中位置的变化规律进行了分析,并基于此讨论了低频振动对Al/CFRP叠层构件Al入口、CFRP出口和二者孔壁材料去除和加工质量的影响;进一步研究了低频振动工艺参数对加工质量的影响,搭建了包含低频振动刀柄的低频振动制孔实验平台,使用能够抑制CFRP出口损伤的刀具,进行了不同振幅下的低频振动辅助钻削实验。研究结果表明:低频振动能够有效地实现铝合金断屑,避免了长切屑对入口和铝合金孔壁的刮擦,提高了上层铝合金的加工质量;但低频振动的引入在一定程度上会增大钻削过程中的最大轴向力,同时过大的振幅会加剧中下层CFRP出口的撕裂损伤,并降低CFRP孔壁的加工质量。

旋转超声-低频复合振动钻孔技术研究

针对旋转超声钻用于建筑装修时,噪声小而效率偏低的问题,笔者进行了振动钻机构原理创新与试验研究。首先,搭建了高低频复合旋转超声的试验振动样机,可以实现稳定的高低频复合轴向振动钻孔作业;其次,以黏土砖为对象,进行了钻孔效率试验与振动分析,低频振动的引入,虽然使超声锤击工件表面的时间缩短了80%,但在进给力基本不变的条件下,钻孔速度提高了一倍左右,噪声仍可控制在60dB(A);最后,结合振动特性分析可以推断,在高低频复合振动钻孔过程中,超声振动主要负责对脆性材料的破碎作业,而低频振动主要负责将破碎后形成的颗粒快速离开切削区,从而提高钻进速度。因此,高低频复合振动钻进新原理,可以发挥高频振动与低频振动的优势,有望发展为一类新型钻孔装备。

CFRP复合材料超声振动套孔分层抑制机理分析

针对碳纤维增强复合材料在传统钻孔过程易出现分层缺陷,采用金刚石空心套刀和超声振动加工技术进行了CFRP超声振动套孔分层抑制机理分析。理论分析了传统麻花钻钻孔与金刚石套刀普通套孔过程的分层机理及评价,超声振动套孔对分层抑制的机理,并且进行了实验验证。结果表明:相比于CFRP普通套孔,超声振动套孔能够有效提高套刀切削性能和排屑效果,降低钻削力12.5%~19.2%,抑制切屑粉尘黏附套刀和料芯堵塞套刀,抑制CFRP分层缺陷形成,改善孔表面质量。

受迫振动法研究压强变化对气体阻尼系数的影响

采用弹性摆受迫振动时幅频特性对阻尼的依赖关系为依据,借助非接触电磁激振装置和(AX1001)单片机,通过测量所得的幅频特性曲线算出相应的阻尼系数。在密闭的环境下,改变空气的压强得到相应数值下的空气阻尼系数,最终,给出空气阻尼系数与压强之间的关系。

钳工操作中深孔的钻削实践分析与改进

在金属切削加工过程中,钻削深孔一直是个难题,尤其是加工精度难以保证。深孔钻削的关键是解决断屑、排屑问题。从教学角度结合实践操作,针对钻削深孔加工存在的问题,设计了一种新型的内排屑深孔钻头。以钻头的结构和刃磨特点为切入点,结合生产实践进行了振动钻削实验,实现了断屑、排屑的流畅,达到了钻头应具备的良好性能。

调幅式振动刀柄的设计与有限元仿真分析

设计了一种调幅式轴向低频振动刀柄,分析了振动刀柄的整体结构布局及其工作原理。采用机床主轴旋转运动作为动力输入,带动正弦曲面旋转以实现振幅输出,基于两组正弦曲面相位差实现刀柄振幅调节。基于GH4169高温合金材料,运用ABAQUS有限元软件进行了三维钻削仿真试验,对比分析了GH4169高温合金在普通钻削和轴向低频振动钻削下轴向力和钻削扭矩之间的差异。结果表明:GH4169高温合金轴向低频振动钻削可以降低最大轴向力约46%,降低最大钻削扭矩约73%,可显著改善钻削条件,提高孔加工质量。

牙轮钻机纵向振动参数的研究

建立了牙轮钻机小车纵向振动的数学模型，给出了系统振动时幅频特性的关系表达式和图谱，研究了系统振动的自功率谱密度。

振动钻削工艺参数研究

振动钻削属振动切削工艺原方法之一,高频率高转速小振幅振动钻削工艺在微细切削加工领域倍受关注。研究振动钻削原理,以振动钻削基本原理为基础,探究振动频率v、钻头每转断续切削次数N、振动振幅A等工艺参数对振动钻削的影响,解决如何选择振动钻削工艺参数,以期为振动钻削工艺在制造业的推广提供理论参考。