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基于功率流理论的超声振动对钻削钛合金加工质量影响机理研究

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基于功率流理论的超声振动对钻削钛合金加工质量影响机理研究

作者：田禹天津职业技术师范大学

学位级别：硕士

钛合金具有刚度高、导热系数小、弹性模量小等特点,广泛用于飞机发动机、医用器械等领域。由于钛合金属于难加工材料,尤其是在钻孔等半封闭式加工时,会产生散热困难、不易排屑、易划伤孔面、加工精度低、钻头磨损严重等问题。为解决难... 详细信息

钛合金具有刚度高、导热系数小、弹性模量小等特点,广泛用于飞机发动机、医用器械等领域。由于钛合金属于难加工材料,尤其是在钻孔等半封闭式加工时,会产生散热困难、不易排屑、易划伤孔面、加工精度低、钻头磨损严重等问题。为解决难加工材料在钻削加工时存在的难题,引入超声振动钻削这种新型的加工方法。由于其改变传统钻削的运动特性,进而达到降低钻削力,扭矩的大小,提高加工质量的效果。在钻削过程中,钻削力是一个重要的参数,其大小对钻头磨损,加工表面质量及刀具寿命密切相关。为合理地选择钻削用量,优化参数,监控钻削过程有效减少加工缺陷,提高表面质量和生产效率,建立超声振动钻削力预测模型控制钻削力的大小。以切削功率流理论为基础,对钻削过程中的钻削力进行建模。钻削力主要由主切削刃和横刃产生,因此将钻削力模型划分为两部分进行求解,然后建立三向钻削力与钻削力系数、进给率、钻削速度和刀具前角之间的数学公式,进而建立微元钻削能耗模型。最后基于能量守恒定律建立超声钻削加工三向功率模型。验证超声振动钻削力-功模型。制定超声振动钻削实验方案,选用参数以及所需设备,搭建超声振动钻削实验平台。进行不同刀具直径、主轴转速和进给量的单因素实验,分析了三者对钻削力、扭矩、单位能以及功率的影响。将实验采集到的钻削力和扭矩以及功率与建立模型求得的预测值进行对比,验证所建立模型的正确性。对超声振动钻削过程中产生切屑与加工表面进行研究。钛合金在超声振动钻削和非超声状态下加工,进行刀具直径、主轴转速和进给量的单因素实验,利用超景深显微镜观测对比分析不同参数下的切屑形态,测量了切屑实际参数。根据实验结果得出,超声振动钻削利于断屑,减少刀具与切屑间的摩擦,更利于切屑排出。借助超景深显微镜和白光干涉仪对超声与非超声下钻削表面质量进行观测,设置单因素实验分析孔的粗糙度,毛刺高度以及钻削后的表面硬度的变化规律,同时借助仿真软件对钻削加工产生的应力进行研究。实验结果表明超声条件下加工表面质量比普通钻削好。

关键词：功率流理论钻削力切屑钻削功率表面质量

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钻孔法测定煤体强度的研究

煤炭学报 1998年第6期23卷 601-605页

作者：王凯俞启香中国矿业大学

提出了利用打钻过程测定煤体强度的方法．通过实验证明，打钻时的钻削功率值能够反映被钻削煤体的坚固性系数，二者基本上呈线性关系．应用该方法在现场的测定结果符合实际情况，为在现场实测煤体强度提供了一种新的方法．

关键词：钻孔法钻削功率煤体强度突出预测瓦斯突出

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麻花钻前刀面曲线发生线节能优化设计

麻花钻前刀面曲线发生线节能优化设计

作者：黄若峰华中科技大学

学位级别：硕士

实际生产制造中使用的麻花钻大多数是直线刃、直线发生线前刀面，这类麻花钻的切削角度分布不合理，切削力大，影响钻头切削性能，存在着较大的改进空间。为提高麻花钻的切削性能，减少切削能耗，传统的优化研究集中于钻头后刀面的刃磨... 详细信息

实际生产制造中使用的麻花钻大多数是直线刃、直线发生线前刀面，这类麻花钻的切削角度分布不合理，切削力大，影响钻头切削性能，存在着较大的改进空间。为提高麻花钻的切削性能，减少切削能耗，传统的优化研究集中于钻头后刀面的刃磨，如群钻;对于前刀面螺旋沟槽的发生线的改进研究较少。本文以降低钻削能耗为目标，在钻头后刀面上寻找最节能刃形，以此刃形为发生线产生钻头螺旋前刀面，完成给定结构参数钻头的节能优化设计。主要研究工作如下：应用“平面表像法”建立任意刃形麻花钻的工作角度计算模型，建立二次曲面后刀面麻花钻数学模型及其结构角度与刃磨参数的关系模型，优化求解二次曲面后刀面麻花钻的刃磨参数。提出基于平面表像法与多关节联动的刀具刃磨位姿调整方法，刃磨出尽量涵盖钻头沿刃线的不同切削角度组合的车刀，进行单元刀具切削试验。应用“单元刀具线性综合法”，结合单元刀具三维切削力经验公式，建立计算任意刃形麻花钻钻削力的泛函模型。改进dijkstra算法，应用于锥面后刀面、平面后刀面两种麻花钻刃形节能优化设计，在麻花钻后刀面上优化得到最节能刃形路径。改变锥面后刀面麻花钻结构参数，建立最小功率与结构参数的模型，指导钻头结构参数的选择。优化的四个钻头相比优化前其平均节能分别为12.153%，10.565%，12.068%，8.605%，节能效果明显。根据锥面后刀面钻头最小功率与结构参数的关系模型，在合适范围内选择最节能锥面后刀面钻头的结构参数，优化求解得到最小功率为777.622W，此时节能达21.32%，并对优化得到的麻花钻结构用有限元分析软件进行了强度、刚度和模态分析，发现均能满足使用要求。

关键词：麻花钻曲线刃发生线 dijkstra算法钻削功率节能优化

双曲面麻花钻的刃磨参数及螺旋沟槽结构参数节能优化

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双曲面麻花钻的刃磨参数及螺旋沟槽结构参数节能优化

作者：易格华中科技大学

学位级别：硕士

麻花钻，俗称钻头，是一种使用量很大、形状复杂的孔加工刀具，其使用过程中存在的主要问题之一是切削性能不佳，钻削能耗偏大。长期以来，人们一直致力于圆锥面麻花钻的刃磨方法及其钻尖结构的优化改进，对于双曲面后刀面麻花钻的刃磨... 详细信息

麻花钻，俗称钻头，是一种使用量很大、形状复杂的孔加工刀具，其使用过程中存在的主要问题之一是切削性能不佳，钻削能耗偏大。长期以来，人们一直致力于圆锥面麻花钻的刃磨方法及其钻尖结构的优化改进，对于双曲面后刀面麻花钻的刃磨方法和前刀面螺旋沟槽的改进研究则很少涉及。显然，在全球能源危机日益严重的今天，如何降低双曲面麻花钻的钻削能耗就成为一个急需解决的问题。为此，本文应用现代优化技术对双曲面麻花钻的后刀面刃磨参数及前刀面螺旋沟槽结构参数进行节能优化设计，以期达到双曲面麻花钻的钻削功率最小的目的。首先，建立了以单叶双曲面为后刀面，前刀面螺旋沟槽发生线分别为直线和曲线的双曲面麻花钻几何模型，以及基于平面表像法的主刃和横刃的工作切削角度计算模型。其次，应用单元刀具线性综合法，建立了双曲面麻花钻的刃磨参数、螺旋沟槽结构参数与钻削功率之间的关系模型。其中，采用滑移线场理论计算出了刻划区的半径及其所贡献的轴向力，根据端面车削试验和斜角切削理论建立了计算钻头主刃和横刃钻削力的单元刀具三维切削力经验模型。最后，以钻削功率计算模型为基础，提出了以钻削功率最小为目标的双曲面麻花钻刃磨参数及螺旋沟槽结构参数优化方法，并在MATLAB平台上应用约束遗传算法GA，编程实现了这一优化方法。计算结果显示，钻削45钢工件时，与未优化的双曲面麻花钻相比，螺旋沟槽发生线为直线和曲线的优化钻头钻削功率分别降低了约14.3%和11.1%，且优化钻头不会发生后刀面干涉现象。这表明，所提出的双曲面麻花钻刃磨参数及螺旋沟槽结构参数节能优化方法是有效的、可行的。

关键词：双曲面麻花钻螺旋沟槽发生线钻削功率遗传算法节能优化

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双曲面麻花钻的参数节能优化

中国计量学院学报 2013年第2期24卷 200-207页

作者：易格熊良山华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

双曲面麻花钻的后刀面刃磨参数及前刀面螺旋沟槽结构参数在很大程度上决定了其切削性能.以平面表像法为工具,建立了螺旋沟槽发生线为任意直线的双曲面麻花钻的主刃和横刃的切削角度计算模型.基于单元刀具线性综合法建立了钻削功率与刃... 详细信息

双曲面麻花钻的后刀面刃磨参数及前刀面螺旋沟槽结构参数在很大程度上决定了其切削性能.以平面表像法为工具,建立了螺旋沟槽发生线为任意直线的双曲面麻花钻的主刃和横刃的切削角度计算模型.基于单元刀具线性综合法建立了钻削功率与刃磨参数及螺旋沟槽结构参数之间的关系模型,提出了以钻削功率最小为目标,应用约束遗传算法优化刃磨参数及螺旋沟槽结构参数的方法.与标准麻花钻相比,优化钻头的钻削功率平均降低了16.0%,扭矩平均降低了15.9%,轴向力平均降低了42.3%.

关键词：双曲面麻花钻螺旋沟槽发生线切削角度钻削功率

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铝母线多头钻孔设备主传动系统的设计计算

机电产品开发与创新 2017年第4期30卷 180-181,170页

作者：秦志恒路向阳六冶洛阳机电安装有限公司河南洛阳471003

通过设计铝母线多孔钻床,用来解决提高钻孔的位置精度与效率难题,使在批量铝母线钻削中能够确保孔的位置精度,提高钻削作业的效率,同时避免装配时孔位错位现象的发生。

关键词：铝母线多孔钻传动系统切削力钻削功率齿轮强度