閥口微孔是氣體質量流量計的關鍵,其精度和質量要求較高,加工難度很大。北京某公司在加工材料為不銹鋼的某閥口上直徑0.08mm的微孔時,由于工藝參數選的不盡合理以及無對刀儀的局限,微鉆折斷嚴重,生產效率低,成本較高。因此對微孔加工工藝的改進是企業迫切需要解決的實際生產難題。

本文針對微孔鉆削時微鉆折斷率高、鉆削效率低的問題,分析了導致微鉆折斷的主要原因,在此基礎上采用正交試驗方法對刀具幾何參數進行了優化,同時以最大生產率為目標函數對切削參數進行了優化,最后設計了輔助對刀裝置。

通過以上工藝改進,降低了刀具折斷率,提高了鉆削效率,主要包括以下研究內容:

(1)折斷原因的分析:用靜力學分析了微鉆受力時應力分布情況,得出微鉆發生應力突變的部位;通過理論計算得出微鉆在理想受力狀態下的折斷原因;選取實際生產中折斷微鉆的斷面,結合金屬斷裂理論得到微鉆折斷的主要原因。

(2)刀具幾何參數優化:根據微鉆折斷的主要原因,對不同參數下的微鉆進行了剛度有限元分析;采用正交試驗得到各個參數對微鉆剛度的影響程度,選取了較優的幾何參數組合。

(3)刀具切削參數優化:借助DEFORM-3D獲取了不同切削參數下的鉆削力,對切削參數進行回歸分析,得到鉆削力的經驗公式,并對其進行了顯著性與精度分析;以最大生產率為優化目標,對切削參數進行了優化。

(4)設計輔助對刀裝置:以對刀精度和受力為設計目標,設計了輔助對刀裝置,并對其關鍵難點:精度和受力進行了分析。上述工藝改進的部分結果已經應用到加工閥口0.08mm的微孔的實際生產中,收到了良好的經濟效果,同時本課題的工作對不銹鋼類微孔加工工藝的研究也具有一定的借鑒意義。