基于Deform-3D的微小孔轴向振动钻削有限元分析

论文摘要

随着机械行业的快速发展,加工精度的要求进一步提高,精密加工技术也变得愈发重要起来。作为精密加工技术的重要组成部分,孔的精密加工在机械加工中具有重要地位,与此同时,对孔,尤其是微小孔的钻削加工工艺和技术的要求也越来越高。目前,钻削加工仍然是应用最广泛的微小孔加工方法,但也存在着钻头刚度低、排屑难、钻头易折断、入钻位置易偏移等诸多不足。轴向振动钻削加工技术作为一种将钻头的旋转切削以及轴向振动相结合在一起的新颖的钻削加工方法,由于轴向振动的存在,相较于传统的普通钻削,轴向振动钻削从根本上改变了切削机理,由普通钻削的连续切削过程转变为轴向振动钻削的脉冲式切削过程。传统的普通钻削断屑方式通常基于物理断屑,而物理断屑具有断屑不可靠、切削长度不可控等特点;轴向振动断屑方式基于几何断屑,使得轴向振动钻削产生的钻屑断屑及切削长度可控。本文基于有限元成形软件Deform-3D旨在分析研究在轴向振动钻削下,利用麻花钻加工微小孔,分析钻屑的形成过程,动态模拟微小孔轴向振动钻削的加工过程,获取加工时的轴向力、扭矩、材料应变、以及温度等参数的变化曲线,并与普通钻削时的参数变化曲线加以比较。经初步分析后,轴向振动钻削技术已显示出较好的工艺效果,轴向力以及扭矩等参数较之普通钻削大大降低。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微小孔普通钻削的不足
• 1.1.1 微小钻头刚度低
• 1.1.2 排屑冷却效果差，刀具利用率低
• 1.1.3 出口毛刺严重，加工精度低
• 1.2 轴向振动钻削概述
• 1.2.1 振动切削的起源
• 1.2.2 振动钻削的分类
• 1.3 振动钻削技术目前的发展状况
• 1.4 振动钻削的应用前景及前沿课题
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 轴向振动钻削理论
• 2.1 轴向振动钻削原理
• 2.1.1 轴向振动钻削断屑机理
• 2.1.2 轴向振动钻削断屑条件
• 2.1.3 轴向振动钻削切削力分析
• 2.1.4 轴向振动钻削工艺参数的选择
• 2.1.5 轴向振动钻削系统静态等效刚度的提高
• 2.2 轴向振动钻削的特点
• 第三章 金属塑性变形有限元与变分法原理以及 Deform-3D 介绍
• 3.1 有限变形的应变度量和应力度量
• 3.2 粘塑性材料流动的基本方程
• 3.3 虚功原理及方程
• 3.4 变分原理
• 3.5 Defrom 软件简介
• 3.5.1 Deform 的理论基础
• 3.5.2 Deform 软件的模块结构
• 第四章 轴向振动钻削过程有限元分析
• 4.1 轴向振动钻削有限元模型的建立
• 4.1.1 麻花钻及被加工工件几何模型的建立
• 4.1.2 建立45#钢材料的有限元模型
• 4.1.3 前处理以及边界条件设置
• 4.2 轴向振动钻削有限元仿真模拟结果分析
• 4.2.1 轴向振动钻削钻屑的形成过程展示
• 4.2.2 轴向振动钻削轴向力以及扭矩分析
• 4.2.3 轴向振动钻削时工件应力、应变的分析
• 4.2.4 轴向振动钻削时工件温度的分析
• 第五章 轴向振动钻削与普通钻削的分析比较
• 5.1 普通钻削钻屑形成过程简要分析
• 5.2 普通钻削轴向力以及扭矩简要分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文目录