轴向振动钻削机理及进给方向毛刺形成与控制技术研究

论文摘要

振动切削涉及到材料科学、金属切削学、工程力学、机械振动学和精密加工工程学等多个学术领域。振动钻削是振动切削技术的一个分支,其理论与实验研究备受国内外机械工程专家和学者们的广泛关注。迄今为止,有关轴向振动钻削加工过程的有限元分析尚待进一步深入,钻削毛刺形成与控制研究才刚刚起步。本文以轴向振动钻削加工为研究对象,对其运动学特性、断屑排屑机理、钻削过程的动态仿真、钻削温度场的模拟、钻头磨擦磨损特性、钻削加工中进给方向毛刺形成与控制等进行研究。其主要研究工作及其创新工作有:(1)轴向振动钻削加工机理对轴向振动钻削的运动学特性进行了系统地分析,深入揭示了轴向振动钻削的变厚切削、变速切削、变角切削和分离冲击特性;并进一步研究了振动钻削钻头的横向弯曲振动特性。在此基础上,对轴向振动钻削的断屑排屑机理进行了深入系统的分析,并进行了相应的实验验证。结果表明:振动钻削比普通钻削具有更强的排屑能力,更适合于深孔、小孔的钻削加工。(2)振动钻削加工过程的有限元仿真基于有限元方法,结合振动钻削钻削过程,建立出振动钻削加工的有限元数值模型,对振动钻削加工过程进行了系统分析。开展了振动钻削加工过程中钻削温度场的模拟,探讨了普通钻削与振动钻削过程中切削区温度分布差异的原因。基于有限元动态模拟钻削过程中钻头切削失效特征及相关实验研究,对普通钻削加工和轴向振动钻削加工过程中麻花钻磨损与破损进行深入探讨,通过分析钻刃不同区域的磨损图形,揭示出麻花钻的整体磨损规律。为深入揭示钻削加工机理提供了重要的参考依据。(3)进给方向毛刺形成机理及其控制技术采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法,以高速钻削和振动钻削为背景,探讨了钻削加工进给方向毛刺形成的机理,深入分析了振动钻削切出进给方向毛刺生成的现象及规律,分析了钻削加工毛刺生成三种基本形式。利用有限元模拟了毛刺形成三种基本形态并对毛刺生成区域材料特性进行分析,提出了控制进给方向毛刺的技术和方法。#属性不符

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 孔加工技术的研究进展
• 1.2 振动钻削技术的研究进展
• 1.3 有限元法在钻削加工中的应用
• 1.3.1 钻削毛刺形成的有限元仿真
• 1.3.2 钻头寿命的有限元分析
• 1.3.3 钻削热和钻削力的有限元分析
• 1.4 振动钻削及有限元分析中存在的主要问题
• 1.5 本文研究的主要内容及其意义
• 1.6 本章小结
• 第二章 轴向振动的钻削机理
• 2.1 轴向振动钻削的运动学
• 2.1.1 轴向振动钻削的运动模式
• 2.1.2 轴向振动钻削的运动方程
• 2.1.3 振动钻削的运动学特性
• 2.2 振动钻削加工中钻头的横向弯曲
• 2.2.1 振动钻削的动态横向力
• 2.2.2 钻头的横向弯曲受迫振动
• 2.3 轴向振动钻削的切屑形成及控制
• 2.3.1 钻削加工的断屑形式
• 2.3.2 实现几何断屑的基本条件
• 2.3.3 轴向振动钻削的切屑控制
• 2.3.4 摩擦力对切屑流动的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 振动钻削加工的有限元分析
• 3.1 麻花钻有限元模型的创建
• 3.1.2 麻花钻建模原理（模拟麻花钻制造过程）
• 3.1.3 麻花钻有限元模型
• 3.2 工件的有限元模型
• 3.3 钻削加工数值模拟的关键技术
• 3.3.1 工件材料的流动应力模型
• 3.3.2 材料失效标准的选用
• 3.3.3 切削分离准则的选用
• 3.3.4 刀具/切屑与刀具/工件接触和摩擦的关系
• 3.4 钻削加工有限元模拟的参数设定
• 3.5 振动钻削过程的有限元分析
• 3.5.1 钻削过程
• 3.5.2 钻削过程中钻头的载荷分布
• 3.6 钻削温度的有限元仿真分析
• 3.6.1 钻削过程温度的变化
• 3.6.2 普通钻削温度的变化
• 3.6.3 振动钻削的温度变化
• 3.7 本章小结
• 第四章 钻头磨损特征及其寿命
• 4.1 钻削过程中麻花钻的磨损与破损
• 4.2 刀具（钻头）寿命的研究方法
• 4.2.1 刀具磨损的数学模型
• 4.3 麻花钻刚度的有限元分析
• 4.3.1 钻削力模型的建立
• 4.3.2 麻花钻刚度的有限元分析结果
• 4.4 麻花钻磨损的仿真分析
• 4.5 切屑排出对麻花钻寿命的影响
• 4.5.1 普通钻削硬铝实验研究
• 4.5.2 振动钻削硬铝及不锈钢实验
• 4.5.3 干钻削铝合金实验研究
• 4.6 振动钻削工艺对麻花钻的寿命影响
• 4.6.1 振动钻削加工中钻头的磨损
• 4.6.2 振动钻削时钻头的破损
• 4.7 本章小结
• 第五章 振动钻削中进给方向毛刺的形成及控制
• 5.1 钻削加工中进给方向毛刺
• 5.1.1 进给方向毛刺形成模型
• 5.1.2 进给方向毛刺的基本形态
• 5.2 振动钻削加工中进给方向毛刺生成机理
• 5.3 影响钻削毛刺的主要因素分析
• 5.3.1 实验条件与测试方法
• 5.3.2 各因素对钻削毛刺影响
• 5.3.2.1 普通钻削加工中的毛刺
• 5.3.2.2 影响振动钻削进给方向毛刺形成的主要因素
• 5.4 切出进给方向毛刺的仿真分析
• 5.4.1 切出进给方向毛刺的形成
• 5.4.2 切出进给方向毛刺生成的特性分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 研究结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 发展展望
• 附录A
• 附录B
• 小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果