钻削毛刺形成机理及其控制技术研究

摘要

钻削加工是典型机械加工工艺中工耗时间最长的金属切削工艺，且应用领域愈加广泛。随着制造业走向精密与高精密加工，钻削效率和钻削质量的提高是必然性的。而钻削毛刺的产生大大降低了钻削效率，破坏了精密零件的表面完整性。因此，开展钻削毛刺形成机理及控制技术的研究，有助于促进精密与高精密钻削技术的不断发展。
　　在分析了国内外研究现状的基础上，本研究对钻削过程进行了理论分析和实验研究，通过对钻削毛刺的生成机理、形成过程及其影响因素的分析，揭示出钻削毛刺的形成规律，并在理论和实验基础上给出了一系列抑制和减小钻削毛刺的技术与方法。本研究的主要内容和创新成果如下：
　　（1）阐述了钻削毛刺的研究现状及尚存在的主要问题。分析了钻削表面的形貌组成及钻削毛刺形态，并给出钻削毛刺的形成模型及三种类型毛刺的形成机理。
　　（2）基于DEFORM软件对钻削毛刺的形成过程进行了数值模拟，分析了钻削毛刺的形成阶段和工件底孔对钻削毛刺的影响。结合仿真结果，探讨了钻削毛刺形态和尺寸大小的决定性阶段。
　　（3）基于钻削切出进给方向毛刺的实验研究，揭示出钻削毛刺形成及变化的基本规律。分别研究了切削用量、钻头几何参数、工件材料及工件终端部形态对钻削毛刺形态与尺寸大小的影响，并探讨了工件底孔直径大小对毛刺的影响。结合实验结果，对毛刺的生成机制进行了深入的探讨。
　　（4）分析了钻削毛刺形成的主要影响因素，并提出少无钻削毛刺的基本原则。概括了少无钻削毛刺的常用加工方法，并结合钻削毛刺的理论分析和实验研究，提出了工件叠加钻削法、钻削用量优选法、钻头参数优化法、工件终端部材料强化法、钻头结构优改法和阶梯钻削法等一系列技术与方法，来减少和控制钻削加工中切出进给方向毛刺的形态与尺寸，进而开发设计了一种可以抑制钻削毛刺的新型圆弧刃阶梯钻头。
　　本研究工作是国家自然科学基金资助项目（编号：51075192）的组成部分。本研究丰富和发展了钻削加工基础理论及钻削毛刺形成与控制理论，具有一定的理论意义和实际应用价值。