新型自锁式可换头钻头的摩擦磨损特性研究

发布时间：2020-06-15 19:45

【摘要】：钻削加工是目前应用最为广泛的孔加工方式,而在钻削加工中使用频率最高的麻花钻具有加工效率低、冷却效果差、刀具磨损快、修磨周期长等缺点,已不能很好的适应市场。新型自锁式可换头钻头将切削部分及刀杆分开制造,刀头采用硬质合金,刀杆采用普通合金钢材。新型自锁式钻头结构更加方便刀头的更换,提高加工生产效率;一种尺寸的钻杆能适用于一定尺寸范围内的多种刀头,节省刀具制造成本;同时其区别于传统麻花钻还设置了内冷却水孔,钻削加工时刀具散热性更好同时加快了切屑从孔内排除速度;采取了比麻花钻更高的加工速度,极大的提高了加工效率。而在较高加工速度下,新型钻头的磨损情况、寿命是衡量刀具性能的重要标准之一,值得我们投入大量的研究。为探究新型自锁式可换头钻头的摩擦特性,本文首先分析了刀具切削加工中的摩擦学行为、刀具磨损,根据摩擦磨损理论提出了高性能刀具材料应该具备的性能。分析钻削加工中刀具受力情况,设计出不同牌号刀头材料的正交试验以及单因素试验,借助测力系统等装置对钻削加工中钻削力进行测量,计算刀具平均摩擦系数,为刀具磨损的有限元仿真分析提供实验数据支撑。然后分析了钻削参数对摩擦系数的影响规律得出:随着主轴转速的增加,其摩擦系数减小;摩擦系数随进给量的增大而减小;刀具尺寸大小与摩擦系数成正比关系。基于摩擦试验方案及结果,运用有限有分析软件Deform 3D对新型钻头的磨损进行了虚拟仿真,研究钻头磨损特性。通过极差法对正交实验仿真结果进行分析,得出各钻削参数对于刀具磨损的影响程度,其中主轴转速对磨损值影响最大;寻求适用于新型自锁式可换头钻头钻削45号钢的最优加工方案。同时对两种牌号硬质合金钻头磨损情况进行对比,确定出钴含量低的硬质合金牌号其耐磨性更好。为验证运用Deform 3D有限元分析软件进行的新型钻头模拟仿真的可行性与准确性,在加工中心上进行了相同切削条件下的钻削加工实验。通过万能工具显微镜对刀具磨损进行观察,结合光学测量仪采集实验数据;对比仿真与实验结果,分析两者变化规律以及变化曲线图的增幅,得出仿真与实验结果保持一致。由此得出有限元仿真分析对新型刀具摩擦磨损特性研究的可行性和可靠性。使用有限元分析的方法降低了新产品的研发成本,降低了研发过程中的试验成本。对其他新型刀具的研发具有实际意义。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG713.1
【图文】：

示意图,麻花钻,切削部分,示意图

是实现高效率、高精度、高柔性和绿色化，尤其是]。在保证符合加工精度要求的前提下，效率的提高前的孔加工主要运用的麻花钻钻孔加工，其效率较成为机械制造业高速发展的瓶颈之一[5]。从而对孔得投入大量研究精力与成本。孔加工上应用范围最广、实用性较强的方法是利用加工将近百年的发展中的使用一直维持在较高频率钢、硬质合金以及钨钢；其结构又分为整体式和焊由整体材料制作而成，焊接式的钻顶部位由碳化物包含：前刀面（前面）、后刀面（后面）、副后刀图 1.1 所示。麻花钻在更换刀具后，重新对刀耗费及在采用成本较高材料生产麻花钻时，主要起到导产成本的增加等局限性，已经不能很好的适应机械[10-15]。

刀杆,钻头,刀头,钻削

新型自锁式可换头钻头的摩擦磨损特性研究为更好的提高加工效率、节约制造成本，可换头钻头应运而生。可换头钻头和刀杆两部分组成，分别如图 1.2 和 1.3 所示。刀头参与全部钻削，而刀杆起刀头、导向以及排屑等作用。因真正参与钻削的为刀头部分，则其采用性能较质合金材料，以保证钻削过程中稳定及高效切削需要；而刀杆则采用普通合金钢且一个刀杆可同时搭配不同尺寸的刀头，保证了产品互换性的同时，也减少刀费；以此降低刀具总体制造成本。可换头钻头的刀杆与刀杆连接结构主要有自螺钉紧固式。此类结构设计在实际生产制造中，当钻头磨损严重需要更换时，取下整个刀具的情况下直接在机床上更换钻头，同时无需预调、补偿和对刀，加工所耗时间，极大的提高加工效率[16,17]。

【参考文献】