超声振动微孔钻削研究

发布时间：2017-09-12 16:24

  本文关键词：超声振动微孔钻削研究

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【摘要】：目前，φ0.2mm以下深径比大于10的微孔，在喷油嘴涡轮叶片疏水性表面以及微型化产品的关键零部件上起到越来越重要的作用，超声振动微孔钻削(UAMD)是加工此类微孔的一项重要技术但在以往的研究中出现了微细钻头受切削力计算不准确，钻头易断裂破损寿命不长，加工微孔质量不够高等问题，究其原因有两个方面：（1）对超声钻削的运动学分析不足，导致钻头切削力计算不准确；（2）在难加工材料上加工微孔时没有系统寻找最优的加工参数，因此需要通过实验研究寻找最优的加工参数 本文首先从运动学的角度对超声振动钻削加工中钻头的切削轨迹进行分析，并对钻头所受的轴向力和扭矩进行了解析计算，然后建立了高速钻削和超声钻削实验系统，在304不锈钢上进行φ0.1mm微孔的高速钻削与超声振动钻削实验，最终分别得到了两种加工技术的最优加工参数本文主要研究内容如下： （1）建立了超声振动钻削中钻头切削刃上任意点的运动轨迹方程，揭示了超声钻削中切削刃的运动轨迹绘制并比较了相同参数下，有无超声辅助加工时切削刃在孔壁上的三维切削轨迹，在此基础上提出了动态切削厚度和平均切削厚度的计算方法； （2）提出了超声振动钻削中钻头所受轴向力和扭矩的解析计算方法，将该方法分为切削刃分解—切削单元受力计算—叠加切削单元受力几个步骤，在计算中需要结合三维斜角切削模型直角切削模型切削单元的工作角度动态切削厚度等参数，通过计算得到了超声钻削中钻头受轴向力和扭矩的变化趋势； （3）建立了高速微孔钻削实验系统，并在此系统中进行了φ0.1mm微孔的高速钻削单因素实验和正交实验，通过对测得的实验数据进行滤波校验和求平均值等处理以及极差方差分析后，得到了高速微孔钻削的最优加工参数； （4）在高速微孔钻削实验系统基础上，加装了超声振动系统，调了整测力系统，建立了超声振动微孔钻削实验系统在该实验系统中，设计并进行了φ0.1mm微孔的超声振动钻削单因素实验和正交实验，，通过处理分析实验数据，得到了最优实验水平组合； （5）使用扫描电子显微镜观测了高速钻削和超声振动钻削加工所得微孔的入口毛刺和孔壁形貌，并结合超声振动钻削实验所得的最优水平组合，得到了超声振动钻削的最优加工参数，并验证了超声钻削中钻头运动学分析的结果 以上研究揭示了超声钻削不同于高速钻削的切削轨迹，提出了钻头所受切削力的计算方法，可以计算钻头在加工中任意时刻所受的轴向力和扭矩在此基础上，设计并进行钻削实验，获取的最优加工参数为实际加工提供指导
【关键词】：超声振动微孔钻削 动态切削厚度 切削力分析 金属切削加工
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG52
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 本文主要符号表11-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 微孔加工技术研究背景13-18
• 1.2 超声振动微孔钻削研究意义18-19
• 1.3 超声振动微孔钻削技术研究现状19-25
• 1.3.1 超声振动微孔钻削理论研究19-20
• 1.3.2 超声振动微孔钻削实验研究20-25
• 1.4 超声振动微孔钻削研究中存在的不足25-26
• 1.5 论文的研究内容以及技术路线26-27
• 1.6 本章小结27-29
• 第二章 超声振动微孔钻削的运动学分析29-37
• 2.1 引言29
• 2.2 微细钻头切削刃切削轨迹分析29-32
• 2.3 切削厚度研究32-36
• 2.3.1 动态切削厚度研究33-35
• 2.3.2 平均切削厚度研究35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 超声振动微孔钻削轴向力和扭矩解析计算37-53
• 3.1 引言37
• 3.2 轴向力和扭矩解析计算方法37-40
• 3.3 主切削刃轴向力和扭矩解析计算40-48
• 3.3.1 切削单元工作角度分析40-43
• 3.3.2 切削单元轴向力和扭矩解析计算43-48
• 3.4 横刃轴向力和扭矩解析计算48-50
• 3.4.1 切削单元工作角度分析48
• 3.4.2 切削单元轴向力和扭矩解析计算48-50
• 3.5 钻头受轴向力和扭矩解析计算50-51
• 3.6 本章小结51-53
• 第四章 高速微孔钻削实验研究53-73
• 4.1 引言53
• 4.2 高速微孔钻削实验方案53-54
• 4.3 微孔钻削实验系统54-59
• 4.3.1 钻削系统55-56
• 4.3.2 测力系统56-57
• 4.3.3 观察系统57
• 4.3.4 切削液浇浇注系统57
• 4.3.5 实验系统57-59
• 4.4 高速微孔钻削单因素实验59-63
• 4.4.1 单因素实验参数选取59
• 4.4.2 单因素实验59-60
• 4.4.3 实验数据处理60-62
• 4.4.4 单因素实验结果分析62-63
• 4.5 高速钻削正交实验63-68
• 4.5.1 正交实验参数选取64
• 4.5.2 正交实验64-65
• 4.5.3 实验数据极差分析65-66
• 4.5.4 实验数据方差分析66-68
• 4.6 高速钻削单次钻削深度单因素实验68-71
• 4.6.1 单次钻削深度单因素实验方案68
• 4.6.2 实验参数选取68
• 4.6.3 单次钻削深度单因素实验68-69
• 4.6.5 单次钻削深度单因素实验结果分析69-71
• 4.7 本章小结71-73
• 第五章 超声振动微孔钻削实验研究73-91
• 5.1 引言73
• 5.2 超声振动微孔钻削实验方案73-74
• 5.3 超声振动微孔钻削实验系统74-76
• 5.4 超声振动微孔钻削单因素实验76-80
• 5.4.1 实验参数选取76-77
• 5.4.2 超声振动微孔钻削单因素实验77
• 5.4.3 超声振动微孔钻削单因素实验数据分析77-80
• 5.5 超声振动微孔钻削正交实验80-82
• 5.5.1 正交实验参数选取80-81
• 5.5.2 正交实验81-82
• 5.5.3 实验数据极差分析82
• 5.6 微孔入口毛刺和孔壁形貌观察82-90
• 5.6.1 超声振动钻削微孔入口观测83-89
• 5.6.2 微孔孔壁形貌观察89-90
• 5.7 本章小结90-91
• 第六章 总结与展望91-95
• 6.1 工作总结91
• 6.2 主要结论91-92
• 6.3 展望92-95
• 参考文献95-99
• 致谢99-101
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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8 王金光;杨岑玉;王U

本文编号：838270