论文摘要：难加工材料微小孔振动钻削及去毛刺技术研究

针对航空发动机中关键件的微孔钻削、去毛刺以及火炮身管抽气斜孔的钻削问题，本文对不锈钢微孔振动钻削、高强度炮钢小孔的振动钻削以及振动研磨去毛刺光整问题进行了深入、系统的研究。本文首先分析了微小孔、斜孔钻削存在的问题，综述了振动钻削的研究现状，确定了本文的研究内容。钻削过程分为入.钻、钻中和出钻三个阶段，各个区段要解决的问题不同，以此作为出发点展开研究。分别就钻削时入钻误差存在的几种情况，分析了普通钻削和振动钻削的入钻及横刃切削过程，提出振动钻削时钻头的横刃入钻过程为：楔入—偏移—分离—复位—再楔入，对定位误差起到多次校直的作用，提高了入钻定位精度。提出冷却润滑差和切屑堵塞是造成刀具寿命低的主要原因。当参数和切削用量选择合适时，振动钻削具有分离特性，并可以实现加工过程中的几何断屑，解决了难加工材料加工中的断屑难的问题。振动钻削时，切削刃与切削区周期性的分离，使得传统的封闭切削区被打开，切削液可以从各个方向进入到切削区，使切削刃和切削区得到充分的冷却和润滑，提出振动钻削提高了冷却和润滑效果，并且减小了摩擦，提高了排屑。进而分析孔深对于冷却润滑和排屑影响，提出了振动钻削寿命的“有效区”理论。建立了步进钻削的模型，分析了步进钻削方式的切削特性，提出步进钻削进一步提高了冷却润滑和排屑效果。并对步进振动复合钻削进行了分析，提出步进振动复合钻削方式可以进一步提高刀具的寿命。对于钻出阶段出钻平稳性问题，本文首次建立了斜孔出钻的模型，分析了出钻的特点，提出了斜孔出钻的“双驼峰”特性，钻头在“双驼峰”的两个峰值处，即外缘尖出钻和钻心尖出钻处钻头极易折断。研究了振动钻削在孔出口的分离切削特性及变形恢复作用，提出振动钻削降低了切削力，提高了出口稳定性，可以有效避免钻头折断。研制了适合于任意区段变参数的微孔振动钻削系统。进行了振动钻削入钻定位精度实验，实验结果显示，振动钻削相对普通钻削可以提高微孔的入钻定位精度，并且随着频转比的增加，定位精度也有提高的趋势。进行了微孔振动钻削、步进钻削与普通钻削刀具寿命的对比实验，实验结果说明，微孔钻削中振动钻削在一定的深径比范围内，寿命较普通钻削可以提高十倍到几十倍，在孔较浅或较深的时候，振动钻削和普通钻削的寿命差别不大；而步进钻削时刀具的寿命得到更显著的提高，或者说可以加工更深的孔，但是步进钻削的效率较低。实验结果也显示，振动钻削的寿命优势有其最佳的孔深体现区域，即“有效区”现象。另外，实验结果说明钻头折断的主要原因是扭矩的剧变，可以通过扭矩监测来防止钻头折断。研制了小孔振动钻削系统。进行了小斜孔钻削实验，实验结果说明钻头折断的最主要因素就是扭矩发生了剧烈的变化，可以采用电流监控的方法来防止钻头的折断，同时也证明了斜孔出钻过程中进给量不易过大。并进行了振动钻削出钻实验，实验结果显示振动钻削提高了出钻过程的稳定性，有效避免了钻头折断，并且提高了孔的加工质量。最后研制了火炮身管抽气孔振动钻削系统，降低了工人的劳动强度，提高了孔的加工质量，有效避免了钻头的折断，降低了废品率。开发了几套针对不同加工对象的振动研磨去毛刺装置，并进行了振动研磨去毛刺实验，实验显示，振动研磨可以去除孔的毛刺，同时也保持了孔壁的完整性。与普通研磨相比，去除毛刺的效果显著、效率较高；并且复合振动研磨较振动研磨进一步提高了去毛刺的效率。椭圆振动研磨应用在平面光整中，效率高、研磨精度高、设备简单且操作简便。