微织构麻花钻的设计制备及钻削性能研究

发布时间：2017-09-08 05:28

  本文关键词：微织构麻花钻的设计制备及钻削性能研究

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【摘要】：针对麻花钻在钻削过程中存在摩擦磨损严重、钻削温度高等问题,本文提出了全新的微织构麻花钻的概念及设计思路。利用有限元法分析了微织构对麻花钻Mises应力分布的影响。采用激光加工方法,制备了不同形状的微织构麻花钻。通过钻削试验,研究了微织构麻花钻的钻削性能。提出了五种不同结构形状的微织构,分别为：与麻花钻主切削刃平行的微织构(T-PX)、与麻花钻主切削刃夹角为45度的斜纹状微织构(T-XW)、与麻花钻主切削刃垂直的微织构(T-CZ)、椭圆状微织构(T-TY)、微孔状微织构(T-WK)。通过有限元方法分析计算了五种微织构麻花钻钻尖处的Mises应力值,结果表明,T-TY麻花钻、T-XW麻花钻和T-WK麻花钻钻尖处的应力集中较小。分析了微织构结构参数对麻花钻钻尖处Mises应力分布状态的影响,得出了最佳的微织构结构参数。其中T-TY麻花钻微织构的最佳结构参数为：微织构距离主切削刃300μm,椭圆圈数为三圈,槽宽为80μm,槽深为50μm,微织构间距为200μm；T-XW麻花钻微织构的最佳结构参数为：微织构距离主切削刃300μm,槽宽为100μm,槽深为50μm,微织构间距为200μm；T-WK麻花钻微织构的最佳结构参数：微织构距离主切削刃300μm,槽宽为50μm,槽深为50μm,微织构间距为200μm。采用激光加工的方法,制备了不同结构形状的微织构麻花钻。研究了激光加工参数(激光加工功率、激光加工频率、激光扫描速度、激光扫描次数)对微织构尺寸和表面形貌的影响,分析得出了制备这三种微织构的合理加工参数范围。试验表明：微织构的深度随着激光加工功率的增大而增大,随着激光扫描速度的增大而减小,随着激光加工频率的增大呈现先增大后减小的趋势,随着激光扫描次数的增大而增大。微织构的槽宽随着激光加工功率的增大而增大,随着扫描速度、激光频率和扫描次数的增大变化不大。综合分析微织构的尺寸和表面形貌,选择制备条纹状微织构麻花钻(T-XW)的工艺参数为：激光加工功率为12W,激光加工频率为30Hz,激光扫描速度为120mm/s,激光扫描次数为1次。制备微孔状微织构麻花钻(T-WK)的工艺参数为：激光加工功率为9W,激光加工频率为30Hz,激光扫描速度为120mm/s,激光扫描次数为1次。制备椭圆状微织构麻花钻(T-TY)的工艺参数为：激光加工功率为15W,激光加工频率为40Hz,激光扫描速度为100mm/s,激光扫描次数为3次。根据激光加工微织构的最优工艺参数,制备出了T-XW、T-WK和T-TY微织构麻花钻。将制备出的T-XW、T-WK和T-TY微织构麻花钻与传统的无织构麻花钻(WT)进行干钻削对比试验。试验表明,与传统的无织构麻花钻相比,T-XW、T-WK和T-TY微织构麻花钻的钻削力、钻削温度和麻花钻磨损均显著降低,钻屑长度也有所减小。其中T-XW麻花钻的钻削性能最好,约降低钻削力17%-31%；降低钻削温度19%-21%。微织构麻花钻能够有效的降低麻花钻的粘结磨损；表面微织构能够在整个钻削过程中起到减摩、断屑作用。分析认为微织构的存在,阻碍了切屑流动,促使切屑发生二次变形,使切屑更易折断,从而能有效的减小钻削过程中的摩擦磨损；切屑折断后更有利于切屑排出,带走切削热,有利于降低钻削温度。
【关键词】：微织构结构设计 微织构麻花钻制备 干钻削加工 麻花钻磨损
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG713.1
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 本课题研究的背景和意义14-15
• 1.2 麻花钻研究的国内外现状15-18
• 1.2.1 麻花钻材料的研究15-17
• 1.2.2 麻花钻结构的优化17
• 1.2.3 麻花钻刃磨的改进17-18
• 1.3 表面微织构研究现状18-25
• 1.3.1 表面微织构及其研究现状18-21
• 1.3.2 表面微织构在刀具的应用21-25
• 1.4 本课题的主要研究内容25-26
• 第2章 微织构麻花钻的结构设计26-46
• 2.1 有限元分析法简介26-27
• 2.2 微织构麻花钻有限元模型的建立27-32
• 2.2.1 几何模型导入27-29
• 2.2.2 材料属性定义29
• 2.2.3 网格划分29-31
• 2.2.4 定义约束和载荷31-32
• 2.3 微织构形状对麻花钻应力的影响32-35
• 2.4 椭圆状微织构结构参数对麻花钻应力的影响35-39
• 2.4.1 椭圆状微织构圈数对麻花钻应力的影响36-37
• 2.4.2 椭圆状微织构槽宽对麻花钻应力的影响37-39
• 2.5 斜纹状和微孔状微织构结构参数对麻花钻应力的影响39-45
• 2.5.1 斜纹状和微孔状微织构的槽宽对麻花钻应力的影响39-42
• 2.5.2 斜纹状和微孔状微织构的间距对麻花钻应力的影响42-45
• 2.6 本章小结45-46
• 第3章 微织构麻花钻的制备工艺研究46-68
• 3.1 微织构的激光加工技术46-47
• 3.2 微织构制备的试验设备与试验方法47-48
• 3.2.1 激光加工设备47
• 3.2.2 微织构制备的试验方法47-48
• 3.3 激光加工工艺参数对微织构尺寸的影响48-64
• 3.3.1 激光加工功率对微织构尺寸的影响48-52
• 3.3.2 激光加工频率对微织构尺寸的影响52-57
• 3.3.3 激光扫描速度对微织构尺寸的影响57-61
• 3.3.4 激光扫描次数对微织构尺寸的影响61-64
• 3.4 微织构麻花钻的制备64-65
• 3.5 本章小结65-68
• 第4章 微织构麻花钻的钻削性能研究68-80
• 4.1 试验设备68-69
• 4.2 试验方法69-71
• 4.3 微织构麻花钻的钻削性能71-79
• 4.3.1 钻削力71
• 4.3.2 钻削温度71-72
• 4.3.3 钻屑形貌72-75
• 4.3.4 麻花钻磨损75-79
• 4.4 本章小结79-80
• 第5章 结论80-84
• 参考文献84-90
• 致谢90-91
• 附件91

【共引文献】

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本文编号：812153