对合金的超声波振动辅助钻探力进行建模和实验调查

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 机械工程 机械工程
• 制造过程 制造过程 制造过程

背景情况:

• 钻孔合金如Ti-6Al-4V带来了诸如高切削力,芯片控制不佳和快速刀具磨损等挑战.
• 传统的钻孔方法难以高效地加工这些难以切割的材料.

研究的目的:

• 开发和验证一种分析模型,用于预测Ti-6Al-4V.在超声波振动辅助钻井中的钻探力.
• 研究切割参数和振动对钻井性能和芯片形成的影响.

主要方法:

• 运动分析以确定切削边缘运动和动态切削厚度.
• 制定一个分析钻孔力模型,包括工具几何和尺度效应.
• 对于芯片变形和切割力的视觉模拟的有限元建模.
• 切割参数对推力力的影响的实验验证和分析.

主要成果:

• 与FE模拟相比,分析模型准确地预测了推力和扭矩,平均绝对误差为7.87%和6.26%.
• 与传统钻井相比,超声波振动辅助降低了40.8%的推力和41.7%的扭矩.
• 优化的振动参数改善了芯片的碎片化,产生了短,不连续的芯片,并防止了纠.
• 钻孔力随着线速度和料速度的非线性增加,但随着振动频率和振幅的提高而下降.

结论:

• 开发的分析和有限元模型为超声波振动辅助钻探力提供了准确的预测.
• 超声波振动通过减少力和改善芯片管理,显著提高了合金的钻井效率和孔质量.
• 这项研究为优化合金精密钻井工艺提供了理论和实践基础.