钻削碳纤维增强型复合材料的主切削刃轴向力

碳纤维增强型复合材料的钻削轴向力与其分层、撕裂等缺陷的产生有密切关系。为了探究碳纤维复合材料钻削轴向力随切削用量的变化规律,有效控制加工缺陷的产生,该文从分析碳纤维复合材料的铺层结构出发,研究了复合材料在钻削时的切除过程和切削力分布,完善并应用多层复合材料切削模型,建立了钻削时主切削刃的宏观轴向力与切削用量的关系模型。采用T700/6421碳纤维复合材料样件进行钻削实验,结果证明了该模型的可行性。     

冷却润滑方式对CFRP/Al叠层钻孔质量及轴向力的影响

为了探究碳纤维复合材料(CFRP)/铝合金(Al)叠层钻孔时不同冷却润滑方式对刀具磨损、钻削轴向力和钻孔质量的影响,进行了微量润滑和干式钻削条件下的钻孔实验。通过建立积屑瘤存在时CFRP钻削模型,揭示了影响轴向力诸因素的内在联系,解释了钻削CFRP层轴向力随加工孔数增加而逐渐变大的原因,分析了CFRP切屑分离原理和叠层制孔质量数据。结果表明:积屑瘤通过改变横刃实际工作长度、积屑瘤夹角、主切削刃摩擦角以及碳纤维实际剪切面上应力状态来影响CFRP钻削轴向力;积屑瘤存在时两种冷却润滑方式下CFRP总钻削轴向力的差异主要来源于横刃处的差异。采用干式钻削方式加工CFRP/Al叠层更易形成积屑瘤,连续加工时CFRP层高硬度的碳纤维挤压刀刃导致积屑瘤较软段不断生长脱落,是影响钻孔质量的重要原因;相比干式钻削,采用半程微量润滑方式加工CFRP/Al叠层能获得更好的钻孔质量。     

钻扩铰一体加工对提高碳纤维复合材料表面质量的研究

针对碳纤维复合材料特点,提出钻扩铰一体加工的方案,通过增加切削刃长度,降低切削力,保证刃口锋利性来减少碳纤维复合材料的加工缺陷.选用均为Ti Al Cr N/Ti Si N涂层的硬质合金麻花钻与钻扩铰复合刀具进行碳纤维复合材料孔加工对比试验.结果表明:在相同的切削条件下,钻扩铰复合刀具的钻削轴向力比硬质合金麻花钻降低了40%~50%,刀具耐用度提高了5~6倍,有利于提高钻孔表面质量,适合碳纤维复合材料的钻削加工.     

碳纤维复合材料铝合金叠层制孔工艺研究

为提高叠层材料制孔质量満足装配与连接的要求,对CFRP/A1叠层材料进行了钻削试验研究。研究了不同叠层顺序、不同刀具材料在变换加工参数时对轴向力的影响。结果表明:从复合材料侧钻入时,由于铝合金对复合材料产生的支撑作用制孔质量得到了明显提高;从铝合金侧钻入能获得更低的钻削轴向力;相比无涂层及金刚石涂层钻头。类金刚石涂层刀具在钻削叠层材料时能获得更好的孔壁质量。     

分层钻削提高碳纤维复合材料钻孔表面质量的研究*

碳纤维复合材料在钻削加工时易产生毛刺、撕裂、分层等缺陷,是典型的难加工材料。针对碳纤维复合材料特点,提出分层钻削加工的方案,通过增加切削刃长度,降低切削力,保证刃口锋利性来减少碳纤维复合材料的加工缺陷。选用均为TiAlCrN/TiSiN涂层的普通麻花钻头与分层钻削钻头进行碳纤维复合材料孔加工对比试验,结果表明：分层钻削碳纤维复合材料时钻削轴向力较小,钻孔表面质量较好,刀具耐用度更高,适合碳纤维复合材料的钻削加工。     

碳纤维复合材料小孔钻削工艺参数优化

采用硬质合金麻花钻进行了碳纤维增强树脂基复合材料直径3 mm小孔的钻削试验,研究了工艺参数、刀具磨损对切削力和制孔质量的影响规律.首先,通过钻削试验,测得了不同工艺参数下的钻削力,回归分析得到了钻削轴向力和扭矩与转速和进给速度之间的关系式.然后,通过刀具磨损试验,获得了后刀面磨损量随制孔个数的变化曲线;对孔出口毛刺损伤进行测量统计和分析拟合,得到了毛刺面积与钻削扭矩间的关系式.最后,以材料去除率最大为优化目标,以钻削后无分层且毛刺损伤满足要求为约束条件,建立了工艺参数优化模型,获得了最优转速和进给速度.     

难加工材料GH4169深孔钻削机理的研究

该文分析了GH4169材料的切削加工性、化学成分、物理性能,介绍了深孔钻削加工的特点。采用错齿内排屑深孔钻削刀具,选用不同钻削工艺参数进行深孔钻削试验,分别分析刀具失效形式、铁屑形态及形成原因。最终确定了合适切削参数以及刀具材料。发现粘接磨损和磨粒磨损是刀具磨损的主要形式,短锥形螺旋切屑是理想切屑形态。     

预制孔对碳纤维复合材料钻削分层的影响

碳纤维材料钻削加工时会产生很多难以克服的缺陷,其中分层缺陷与钻削时产生的轴向力密切相关。本文以碳纤维/环氧树脂基复合材料为研究对象,观察不同预制孔直径对轴向力的影响。实验结果表明钻头横刃引起的轴向力占全部轴向力50%左右;采用预制孔工艺可显著减少分层缺陷;2 mm直径的预制孔比1 mm更能有效抑制分层缺陷。     

大厚度碳纤维复合材料变参数制孔工艺研究

大厚度碳纤维复合材料(CFRP)在大型飞机构件上应用广泛,经常需要对其进行大量的深孔加工．采用固定钻削参数加工工艺会导致钻削过程中热量严重累积,树脂高温软化,进而引起材料性能下降,严重影响制孔质量．因此为确定合适的加工工艺参数,研究深孔钻削过程中不同区段工艺对质量的影响,先对大厚度复合材料板钻削加工区段进行了划分,通过实验分析研究钻削过程中不同钻削阶段的热力学特性,得出了不同钻削阶段合适的钻削参数．在此基础上,以加工质量和效率为目标,提出一种分阶段变参数钻削大厚度复合材料板工艺方法,发现采用此种方法可以降低钻削过程产热以及出口位置轴向力,同时保证出口质量和孔壁质量,提高加工效率,是一种有效的新型加工工艺方案．     

工程陶瓷用孕镶金刚石钻头的性能优化

为提高孕镶金刚石钻头加工工程陶瓷时的钻进效率、延长工具寿命,对钻头性能进行了优化研究.分析了孕镶金刚石钻头加工氧化铝工程陶瓷的磨损机理,采用更高品质的金刚石磨粒和新的胎体配方及制造技术研制了四种钻头.钻削试验及扫描电镜分析表明:高品质金刚石磨粒可有效提高工作磨粒的比例,提升钻进性能;四种钻头的磨损性能各不相同,采用Cu50Co25Sn18Ti7(wt%)胎体配方钻头的金刚石磨粒出刃高度高,胎体与磨粒的粘结性能好,胎体磨损速度与金刚石磨损速度匹配性较好,钻头的钻削综合性能最好,其加工效率和工具寿命较其它钻头分别提高了近1.4倍和7倍.     

庆深气田水平钻井水基泥浆中套管磨损机理实验研究

水平井钻井过程中,钻杆与技术套管的接触力较大,套管磨损比较严重,套管强度降低较多,给后续试油及完井投产作业留下隐患。为了深入了解水平井水基泥浆中钻杆-套管的磨损机理,为准确评价庆深气田套管磨损程度及剩余强度提供依据,在西安石油大学创新研制的环块式钻杆-套管磨损实验机上,模拟实际钻进参数,进行了该气田常用的水基泥浆中钻杆-套管磨损实验,考察了接触压力、转盘转速、磨损时间等因素对套管磨损效率的影响。利用试件磨损表面扫描电镜(SEM)图片进行了形貌分析,确定了水基泥浆中套管的磨损机理。实验结果表明:水基泥浆中,套管的磨损类型兼有粘着磨损、疲劳磨损和犁沟磨损等。黏着磨损是最主要的类型,采用基于黏着磨损机理的White磨损效率模型预测井下套管的磨损是可信的。水基泥浆中P110套管的磨损效率在(2~8)×10-131/Pa之间,稍大于钻井手册中的套管磨损效率(2×10-131/Pa);磨损效率随接触压力和转速的增加而增加,前期增长速率小,后期增长速率大;磨损效率随磨损时间的增加先增加,后逐渐减少,最后趋于稳定。     

超细晶粒金刚石涂层钻头的制备与实验

以钻头为例，根据其复杂形状衬底的特点，研究了一种新的化学预处理方法，并在传统化学气相沉积(CVD)工艺的基础上发展了一种新的CVD分阶段沉积法．实验以氢气和丙酮为原料，采用电子增强热丝CVD法在复杂形状硬质合金(WC-Co)钻头最外表面复合涂覆一层超细晶粒金刚石薄膜，并对碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行了钻削实验．结果表明，所制备的超细晶粒金刚石涂层薄膜表面光滑，晶粒尺寸细小，涂层质量良好．提高和改善了涂层刀具的耐用度和切削性能．     

PDC磨损齿切削破岩过程的实验研究

为探究深部钻井PDC钻头切削齿在磨损状态下的切削破岩过程,选取深部钻井PDC钻头上不同磨损程度的PDC齿开展单齿切削实验,借助应力测试系统、高速摄影机和热红外成像仪分析磨损齿的受力状态、温度变化规律以及岩石裂纹扩展过程。结果表明,与未磨损齿相比,磨损齿所受切削力更大、温度变化更明显,且更易产生大体积岩屑,这将导致钻头在井下振动加剧,磨损急剧加快,严重影响其使用寿命;切削花岗岩时切削力和温度大幅上升的问题更加突出,但更容易发生体积破碎,产生较大块的块状岩屑。研究成果将有助于重新认识真实井底磨损齿切削破岩及温度变化规律,并为钻头设计及井下寿命评估提供重要参考。     

金刚石钻进能量与花岗岩地层风化程度的关系

基于钻进过程监测系统在充填土-风化花岗岩地层中对液压旋转钻进的监测数据,对金刚石钻进系统的能量进行了分析.结果表明,钻进系统的能量分布与在普通风化花岗岩地层中的结果一致,黏滞能、动能以及钻进总能量与岩石的风化程度呈负相关,轴力功与岩石的风化程度呈正相关,说明金刚石钻进能量与岩石风化程度具有很好的响应关系.动能、轴力功及黏滞能受钻进方式影响,用于地层识别将受严格的可比条件限制.金刚石钻进比功随岩石风化程度的增强而减少,在不同风化程度的岩层中具有很好的分区性.而且,在充填土及全风化、强风化花岗岩地层中,金刚石旋转钻进比功值明显低于冲击凿碎比功,在微风化的坚硬岩中,旋转钻进比功则明显高于冲击凿碎比功.     

出口抑制机构对管钻钻削复合材料脱层之影响

复合材料被广泛应用于航天、国防、化工与运输业,但它却是一种让人既爱又恨的构件材料．究其原因,系复合材料既具有优秀的机械特性（高强度一重量比、高破裂韧性与杰出腐蚀抵抗性）,又带有一些加工缺陷（脱层、纤维突出、夹层裂缝或热降低）．就复合材料的加工而言,钻削是一种重要的制孔方法,并且花费在钻削工具上的成本最多．从成本与生产力的角度看．建立钻削加工的数学模型来获得无脱层的复合材料构件非常重要．由于轴向推力是引起钻削脱层的主要原因．若能降低材料钻削出口的轴向推力,即可避免钻削脱层的发生．文章尝试藉由线弹性破裂力学与能量守恒观念．推导出利用出口抑制机构来管钻复合材料时的轴向推力．并且获得的理论结果与实际的加工经验吻合．这一无脱层复合材料钻孔的研究．未来仍须接受强有力的挑战与考验．     

Research on Diamond Enhanced Tungsten Carbide Composite Button

At the present, the cutters used in button bits and rock bits are mainly cobalt tungsten carbide in our country. Because of its low abrasive resistance, the bit service life and drilling efficiency was very low when the hard and extremely hard formations were being drilled. Owing to its high abrasive resistance, the diamond composite material is widely used in drilling operations. However, its toughness against impact is too low to be used in percussion drilling, only can it be used in rotary drilling. In ...     

枪钻几何结构参数对钻削力影响规律的研究

枪钻钻头自身独特的复杂结构使深孔钻削的过程变得较为复杂。钻头几何结构参数设计的不合理会引起钻削力较大,导致温度升高、刀具磨损严重和降低孔加工质量等一系列问题。本文通过对钻头静力学分析,借助群钻钻削力的计算方法,将刀具内、外刃分解为微切削单元进行分析进而建立枪钻钻头的力学模型。通过数值仿真研究枪钻钻头几何结构参数的改变对钻削力变化的影响规律,从而进一步优化相关参数并通过实验验证。试验结果表明,钻削力的变化与仿真分析的规律相吻合,进而为枪钻几何结构的优化设计提供了依据。