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1、 硕士学位论文硕士学位论文 超高强度钢和镍基高温合金钻孔技术 试验研究 EXPERIMENTAL REAEARCH ON DRILLING TECHNOLOGY OF ULTRA-HIGHSTRENGTH STEELS AND NICKEL-BASED SUPERALLOY 张二伟 张二伟 哈尔滨工业大学 哈尔滨工业大学 2012 年年 7 月月 国内图书分类号：TG501 学校代码：10213 国际图书分类号： 621.9 密级：公开 工学硕士学位论文工学硕士学位论文 超高强度钢和镍基高温合金钻孔技术 试验研究 博 士 研 究 生： 张二伟 导 师： 韩荣第教授 申请学位： 工学硕士 学科：
2、 机械制造及其自动化 所 在 单 位： 机电工程学院 答 辩 日 期： 2012 年 7 月 授予学位单位： 哈尔滨工业大学 Classified Index: TG501 U.D.C: 621.9 Dissertation for the Master Degree in Engineering EXPERIMENTAL REAEARCH ON DRILLING TECHNOLOGY OF ULTRA-HIGHSTRENGTH STEELS AND NICKEL-BASED SUPERALLOY Candidate： Zhang Erwei Supervisor： Prof. Han Ron
3、gdi Academic Degree Applied for： Doctor of Engineering Speciality： Mechanical Manufacturing and Automation Affiliation： School of Mechatronics Engineering Date of Defence： June, 2012 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - I - 摘摘 要要 镍基高温合金 GH4169 具有良好的热强性能、 抗氧
4、化性能及热疲劳性能，故被广泛应用于航空航天领域。但切削加工困难，钻孔更困难。D406A 是低合金超高强度钢，强度高，常用做固体火箭发动机壳体零件，用标准高速钢钻头很难对其钻孔。如能通过修磨高速钢钻头的几何角度，使其适合于这两种难加工材料钻孔，具有很广阔的应用价值。 首先， 在综述这两种难加工材料 GH4169 和 D406A 钻孔技术的国内外研究现状的基础上，对钻头的几何角度及之间的关系进行了分析研究，利用matlab 得出了它们之间的关系曲线；再利用钻削力数学模型对钻头几何角度影响钻削性能的规律进行了分析；并根据钻头圆锥面刃磨法得出了钻头后角和横刃斜角的理论公式，为其修磨进行了必要的准备。
5、然后， 在钻头刃磨机上对若干标准钻头的顶角 2 及后角 f进行了修磨，再用修磨好的钻头在不同 vc与 f 时对 GH4169、D406A 分别进行了单因素钻孔试验和 3 因素 3 水平正交试验， 对试验数据处理后找出了各因素对钻削力、钻削温度的影响规律并求得了经验公式，对正交试验数据进行所得到的影响次序优选了适用的钻头几何角度及钻削用量。 最后， 利用 AdvantEdge 专用金属切削软件对 GH4169 和 D406A 进行了钻削仿真，并与试验数据进行了对比，两者相差约为 10%。此外，还对刃磨优化的钻头与标准钻头钻削时的应力应变状态及温度场进行对比分析，结果表明钻头经过刃磨优化可以有效的
6、改善主切削刃的钻削性能。介绍了适合于高强度难加工材料钻孔的 split point 钻头，通过钻削仿真，发现其可以有效改善横刃的钻削性能。 关键词关键词 镍基高温合金；超高强度钢；钻头刃磨；钻削力；钻削温度；钻削 仿真 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - II - Abstract Nickel-based alloy GH4169 has high temperature strength, good resistance to oxidation and hot corrosion. It has been widely used in the aerospace field. Howev
7、er，it is very difficult to machine. D406A is low alloy high strength steel, it has good overall performance, it is widely used in the shell of aircraft engine. It is significant to make it suitable for machining these two difficult to machine materials by sharpening the standard high-speed steel . F
8、irstly, after introducing the research condition of the two difficult to machine materials, analyze the relationship between the main geometric point of drill, use the Matlab to draw the curve of the relationship between them; use the drilling force mathematical model to analyze how the drill geomet
9、ry point affect the drilling performance; and the theoretical formula of the clearance angle and chisel angle is given according to the conical grinding method. Then, do sharping on a few standard HSS drills.and design the single factor experiments and orthogonal experiments on GH4169 and D406A, ana
10、lyze and interpret the test data. Using multiple linear regression method to process orthogonal experiment data, get the order of the impact of factors on the drilling force and drilling temperature, and get the empirical formula of the drilling force and drilling temperature of the two materials an
11、d finally get the best geometric of the drill point when drilling the two material for GH4169 and D406A. Finally, use the AdvantEdge metal cutting professional simulation software to compare with the test date, anlyze the stress-strain state and the temperature of the standard drill and the sharpene
12、d drill. Introduce the split point drill suitable for difficult to machine materials, and compare the the stress state of the chisel edge of the split point dril with standard drill using the simulation software. Keywords Nickel-based alloy, super-highstrength steel, drill sharpening, the empirical
13、formula of the drilling force, simulation of drilling哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 目目 录录 摘 要.I Abstract .II 目 录. 1 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题背景及研究的意义和目的.1 1.2 镍基高温合金和超高强度钢钻孔的国内外研究现状 .2 1.2.1 镍基高温合金钻孔的国内外研究现状.2 1.2.2 超高强度钢钻孔的国内外研究现状.3 1.3 主要研究内容 .4 第 2 章 钻头几何参数对钻削性能影响及钻头的刃磨. 5 2.1 引言.5 2.2 麻花钻钻头的几何角度 .5 2.3 钻头几何角度对钻削性能的影响.
