数控机床振动钻削运动学特性及加工参数优化

针对TA6钛合金难加工的特点，通过麻花钻对合金实施振动钻削测试。研究结果表明：与常规钻削方式相比，钻削力发生了动态分量的显著提升，更易生成切屑。本实验振动钻削形成的轴向力与扭矩均值相对常规钻削方式下降比例为10%～15%。提高钻削速度后，形成了明显波动的轴向力与扭矩，但整体波动程度很小。当振幅提高后，轴向力降低，而扭矩则表现为先降低再升高的变化特征。     

立式振动钻床上麻花钻切削性能的研究

利用自行研制的立式振动钻床对麻花钻的振动切削性能进行了系统研究。结果表明，振动钻削可提高麻花钻的切削性能，实现切屑的自主控制，断屑可靠，排屑顺利，麻花钻入的定位精度，孔径尺寸精度，形状精度以及孔的表面质量均得到是明显改善，与普通钻削相比，刀具耐用度提高１．５倍以上。     

轴向超声振动辅助钻削机理与试验研究

针对传统钻削过程中经常出现断屑、排屑困难以及加工质量差等问题, 提出了轴向超声振动辅助钻削加工方法,并研究了其运动特性和断屑机理.利用自行设计的轴向超声振动辅助钻削系统对45号钢进行了传统钻削与轴向超声振动辅助钻削的对比试验.从孔的粗糙度、表面微观形貌、切屑形态等方面进行研究.结果表明,相对于传统钻削,轴向超声振动辅助钻削能有效降低孔表面粗糙度,改善孔表面微观形貌.另外,对试验结果进行方差分析,结果显示主轴转速和超声振幅对孔表面粗糙度有显著影响,其中当振幅在20μm,主轴转速在450r/min时加工效果最好.     

40Cr钢的钻削力仿真与实验研究

通过单因素试验,研究了在40Cr钢的钻削加工过程中,不同切削参数对钻削力和扭矩的影响.通过大型金属塑性成形有限元软件Deform-3D对钻削过程进行仿真研究,并将仿真结果和实验结果作了对比.结果表明,在进给量不变的情况下,随着切削速度的增加,钻头所受轴向力和扭矩先变大后减小;在相同的切削速度条件下,随着进给量的不断增大,轴向力和扭矩几乎线性增大;钻削力和扭矩的仿真结果比实验结果略小,说明仿真结果具备比较高的可靠性,可以对实验结果起到近似的预测作用.     

系列手动螺旋面钻头尖刃磨机床

专利号：ZL99224114．6 与普通麻花钻钻尖相比，螺旋面钻尖在靠近钻心处得到较大的后角，并使横刃的前角增大，横刃为S形，因此定心好，切入稳定，钻削轴向力小，具有比较好的排屑能力，并且所钻的孔径与钻头的直径很接近，钻孔质量较好，在某些情况下甚至可以代替铰孔工序：由于进行螺旋面钻尖的刃磨需要三个运动合成来完成，[第一段]     

新型整体硬质合金三刃麻花钻切削性能的试验研究

本文简要介绍了新型整体硬质合金三刃麻花钻的结构特点,对这种新型钻头的切削性能、加工效率、钻削力、孔的加工精度和表面粗糙度、断屑性能等进行了试验,并与普通高速钢麻花钻进行了对比,试验结果表明,新型整体硬质合金三刃麻花钻的切削性能明显优于普通高速钢麻花钻,是一种性能优良的新的硬质合金钻型.     

新型钻头的切削试验

本文介绍了新型钻头的强力钻削、轴向力和扭矩、刀具磨损、切屑变形、动态加速度、精孔钻削及特殊孔钻削等方面的试验情况和结果,证明了新型钻头的切削性能良好。     

新型硬质合金麻花钻切削性能的试验研究

本文简要介绍了新型硬质合金麻花钴的结构特点,对新型硬质合金麻花钴钻削时的轴向力、切削变形、加工效率、孔的加工精度和表面粗糙度、断屑性能等进行了试验,并与普通麻花钻进行了比较.试验结果表明,新型硬质合金麻花钴的切削性能明显优于普通麻花钻,是一种性能优秀的新钻型.     

低频振动钻削钛合金深小孔的试验研究

利用自行设计制造的激振装置和小直径内排屑深孔钻 ,成功地实现了对钛合金的轴向振动钻削加工 ,得到良好的加工效果 .在对振动钻削和普通钻削的加工过程和试验结果进行对比分析的基础上 ,得出结论 :振动钻削改变了钻削机理 ,改善了钻削条件 ,从而可明显地提高入钻定位精度 ,控制断屑过程 ,改善孔壁粗糙度和圆度 ,提高孔径尺寸精度 .振动钻削非常适宜于加工小直径深孔 .     

TC4钛合金小孔钻削试验及钻孔质量研究

为了研究TC4钛合金的小孔钻削性能,采用单因素试验设计,利用DEFORM-3D软件建立钻削仿真模型,并结合钻削试验对比,分析了小直径麻花钻的主轴转速与进给速度在单一变量下对钛合金钻削轴向力的影响趋势。结果表明:钻削轴向力随主轴转速的增大而减小,随进给速度的增大呈波动上升趋势。基于钻削试验数据,利用MATLAB软件进行了多元回归分析,建立了钻削轴向力与进给速度、主轴转速之间的关系式,并进行了对比验证。通过立式显微镜对不同钻削参数下钻孔表面形貌和钻屑形态进行了观测与分析。     

钻井液对钻柱横向振动固有频率的影响

为了研究钻柱系统的振动模态以及动力学特性,利用动力学理论研究了钻柱内、外钻井液对钻柱横向振动固有频率的影响。引入附加质量系数,通过线性化假设,并进行Laplace变换,导出了钻井液排量、井眼直径与钻柱外径的比值与附加质量系数的关系。研究结果表明,钻井液的存在导致钻柱的固有频率与不考虑钻井液相比有较大的下降;钻柱内、外钻井液对钻柱横向振动固有频率的作用机理不同,其中环空内钻井液对钻柱横向振动固有频率的影响要远远大于人们的估计。     

钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响

针对气体钻井技术在低压油气田开发中出现气体钻井的钻柱振动和钻具破坏的问题,概述了气体钻井面临的钻柱振动问题、钻具破坏问题和解决问题的途径。介绍了位移激励法的钻柱纵向振动分析的数学模型和力学分析软件。对钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响规律进行了研究。数据表明,钻井流体的粘度对钻柱的纵向振动影响较大。在一般情况下, 钻井流体的粘度越小, 钻柱的振动幅度越大。钻井流体的粘度对钻柱振动的共振频率影响不大。气体钻井虽然提高了钻进速度,但同时也对钻具防破坏技术提出了更高的要求。     

钻柱振动条件下的钻井液冲蚀引起的钻柱失效*

钻柱失效问题已经成为高压喷射钻井技术发展和推广的瓶颈。建立了一种钻柱失效的新理论模型,利用振动的知识研究钻柱的失效情况,分析钻柱在振动条件下的位移和速度,在此基础上利用冲蚀理论对钻柱的失效进行研究,分析得出钻井液对钻柱的冲蚀磨损量和最大冲蚀角。根据算例计算与分析,对应算例参数进行室内实验和井场实验设计,完成实验的验证与结果分析。结果表明:在考虑钻柱振动条件下,钻井液对钻柱的冲蚀磨损量要远大于未考虑钻柱振动条件下钻井液对钻柱的冲蚀磨损量;同时得知最大冲蚀角与冲蚀理论中的规定是完全吻合的以及钻井液对钻柱冲蚀所发生的最大角度在钻柱有无振动的条件下是相同的。研究结论对于在石油钻井中如何减少钻柱的失效及如何提高钻柱的使用寿命具有一定的理论参考意义。     

麻花钻锥形钻尖刃磨参数的优化

为了减少麻花钻在加工过程中的轴向推力和扭矩,对其锥形钻尖的刃磨参数进行优化。首先将钻尖几何形状参数化,获得钻头横刃和主切削刃的离散模型并用于计算钻头的推力和扭矩,通过钻削试验验证了力学模型的计算精度。然后建立分别以推力、扭矩、推力与扭矩加权和最小化为优化目标,以钻尖刃磨参数为优化变量的模型,并采用遗传算法进行求解。根据优化结果确定了3种优化目标下的钻头最佳几何形状。采用优化后的麻花钻进行钻孔试验,结果表明,与标准麻花钻相比,其推力和扭矩大幅降低,同时钻头推力和扭矩的计算值与实测值误差也均在8.4%以内,误差相对较小,证明了该优化方法的有效性。     

用有限元法研究振动钻头寿命

在考虑到钻头的复杂几何形状的同时,采用三维实体元即8节点元构造了微小钻头的有限元模型,并根据此模型对振动钻削时钻头的寿命进行了研究,揭示了振动钻削提高钻头寿命的机理．     

一种新的钻头刃磨方法研究

在分析目前八种钻尖基本形式的基础上,针对普通麻花钻加工精度低耐用度低和原锥面四刃钻头半精加工效率低,主刃负荷分布不合理等缺点,首次提出理论刃形曲线和摆线刃刃磨法,将之用于四刃钻头设计取得了良好的效果。     

四刃钻头的研究

四刃钻头一次走刀可以完成钴、扩两道工序,既可用于孔的粗加工,又可用于孔的半精加工,一刀两用。特别适用于数控机床及组合机床生产线上孔的加工工作。它可以代替φ15mm 以上的普通麻花钴及扩孔钻,是一种很有潜力的新型孔加工刀具。     

定向井轴向振动有限元分析

在定向井钻井施工中钻柱受力是很复杂的.仅钻柱振动就存在轴向振动、横向振动和扭转振动,其中钻柱轴向振动是导致钻柱失效的主要因素之一,因此需要进一步对定向井轴向振动进行研究.利用有限元方法分析了钻柱轴向振动规律.首先根据定向井特点建立全井钻柱模型,然后以钻柱单元为研究对象,建立了全井钻柱轴向振动的力学模型,采用线性代数方法,通过计算机分析获得了钻柱轴向振动的共振频率分布规律.钻柱轴向共振,其共振频率取决于钻柱的材料性能及形态特性,与钻柱的长度关系不大.在达到轴向共振状态时,钻柱与井壁激烈地碰撞,使钻柱短时间内产生严重破坏,同时还会造成井塌事件,给钻井施工带来经济损失.该问题的研究对指导钻井施工,减少跳钻、避免钻柱失效等情况有很大意义.