螺旋锥面钻尖的刃磨技术研究

论文摘要

随着机械制造业的发展和需求,行业对孔加工的要求也越来越高,因此,钻削加工技术（钻头、钻头刃磨和钻削工艺）一直是机械加工领域研究的重要课题。常用的钻头是锥面麻花钻,由于常用的锥面麻花钻的定心不好、轴向力和扭矩比较大,并且当刃磨参数不合理时刃磨出来的钻尖就会产生翘尾现象。所以,一直以来都在对钻头的结构和材料进行改进,也有对钻头的后刀面模型进行研究和创新,以满足生产的需要。其中之一就是提出螺旋面刃磨法。螺旋面刃磨法容易实现,钻尖避免了尾翘现象,但是由于刃磨出来的钻尖尖端部分相对薄弱,强度较差,该钻尖的应用受到特定的限制。针对现状,本论文提出基于锥面和螺旋面钻尖的螺旋锥面钻尖技术研究。论文着重在以下几方面进行论述与研究：（1）介绍了钻头的发展概况,总结了目前钻头在结构和材料上的改进；回顾了钻头后刀面数学模型研究的历程；并且介绍了目前钻尖刃磨后刀面方法,提出研究螺旋锥面钻尖刃磨技术的必要性和可行性。（2）结合目前螺旋面钻尖的刃磨方法和普通螺旋面钻尖特点,给出了螺旋锥面钻尖的刃磨原理,建立了螺旋锥面钻尖后刀面的隐式数学模型,给出了利用MATLAB对后刀面的仿真图形。并在此基础上建立了横刃的数学模型,并对其进行了模拟。（3）根据建立的数学模型。分析了钻尖几何结构参数与刃磨参数的关系,建立了几何结构参数的求解方程,为研究结构参数随着刃磨参数变化趋势提供依据。（4）利用MAPLE,采用数值解析法求出刃磨参数对结构参数的影响关系,并且绘出关系曲线图；根据曲线图分析刃磨参数的敏感性；依据敏感性选择合理的可控参数,为刃磨参数的求解和刃磨试验提供了选择的科学依据。（5）在金属切削加工中,对切削过程的研究有着重要的意义。切削力、切削温度和刀具磨损是反映切削过程的主要指标,特别是切削力,其使用范围更广。麻花钻是钻削加工中最普通的加工工具,本文采用有限元分析软件DEFORM-3D将螺旋锥面钻尖和普通麻花钻三维模型分别导入,建立了麻花钻三维有限元模型,用有限元方法动态模拟了钻削加工过程,获得了螺旋锥面和普通麻花钻加工过程中加工过程中工件的应力、温度分布以及钻头所受的钻削力和扭矩。分析比较了工件的温度变化情况,钻削过程中麻花钻的应力和变形,以及钻头的轴向力和扭矩的区别。用来比较螺旋锥面钻尖和普通麻花钻的切削性能。研究表明：基于钻尖后刀面仿真表明建立的后刀面数学模型是正确的。螺旋锥面钻尖的横刃为S刃,从仿真和钻尖的3D模型也得到了验证。而且刃磨参数对结构几何参数的影响趋势也是合理的；在相同的切削参数下,螺旋锥面麻花钻的轴向力和扭矩比普通麻花钻的小,证实了螺旋锥面钻头的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钻头后刀面数学模型的发展
• 1.3 麻花钻的改进
• 1.3.1 加大螺旋角
• 1.3.2 改善横刃工作条件
• 1.3.3 改善冷却条件
• 1.4 麻花钻的刃磨方法的现状
• 1.5 钻削过程有限元分析国内外研究现状
• 1.5.1 国外研究现状
• 1.5.2 国内研究现状
• 1.6 本文研究的目的、意义
• 第2章 螺旋锥面钻尖刃磨数学模型
• 2.1 螺旋锥面钻尖的刃磨原理
• 2.2 后刀面的数学模型及仿真
• 2.2.1 后刀面数学模型
• 2.2.2 后刀面仿真
• 2.3 前刀面数学模型
• 2.4 钻尖主切削刃的数学模型
• 2.5 钻尖横刃数学模型及仿真
• 2.5.1 钻尖横刃的数学模型
• 2.5.2 钻尖横刃的仿真
• 2.6 本章小结
• 第3章 刃磨参数与结构参数的关系及刃磨参数的特性分析
• 3.1 刃磨参数与螺旋锥面钻尖使用半顶角的关系
• 3.1.1 螺旋锥面钻尖使用半顶角的数学模型
• 3.1.2 参数对使用半顶角的影响曲线
• 3.2 刃磨参数与螺旋面钻尖圆周后角的关系
• 3.2.1 螺旋锥面钻尖圆周后角的数学模型
• 3.2.2 参数对圆周后角的影响曲线
• 3.3 刃磨参数与螺旋面钻尖横刃斜角的关系
• 3.3.1 螺旋锥面钻尖横刃斜角的数学模型
• 3.3.2 参数对横刃斜角的影响曲线
• 3.4 刃磨参数与螺旋面钻尖尾隙角的关系
• 3.4.1 螺旋锥面钻尖尾隙角的数学模型
• 3.4.2 参数对尾隙角的影响曲线
• 3.5 刃磨参数的敏感性分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 螺旋锥面钻尖的几何特性分析
• 4.1 螺旋锥面钻尖主切削刃的主偏角分析
• 4.2 螺旋面钻尖主切削刃的前角分析
• 4.3 螺旋面钻尖主切削刃的后角分析
• 4.4 螺旋面钻尖主切削刃刃倾角分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 钻削过程的有限元模拟分析
• 5.1 金属切削有限元软件的选择
• 5.2 Deform软件介绍
• 5.3 螺旋面麻花钻钻削过程前处理
• 5.3.1 螺旋面麻花钻三维模型
• 5.3.2 模型初始网格划分及边界条件设定
• 5.4 三维钻削有限元模拟结果及分析
• 5.4.1 刀具在钻削过程中所受到的轴向力
• 5.4.2 刀具在钻削过程中所受到的扭矩
• 5.4.3 钻头的应力
• 5.4.4 钻削温度
• 5.4.5 模拟结果的比较
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢