阀口微孔是气体质量流量计的关键,其精度和质量要求较高,加工难度很大。北京某公司在加工材料为不锈钢的某阀口上直径0.08mm的微孔时,由于工艺参数选的不尽合理以及无对刀仪的局限,微钻折断严重,生产效率低,成本较高。因此对微孔加工工艺的改进是企业迫切需要解决的实际生产难题。

本文针对微孔钻削时微钻折断率高、钻削效率低的问题,分析了导致微钻折断的主要原因,在此基础上采用正交试验方法对刀具几何参数进行了优化,同时以最大生产率为目标函数对切削参数进行了优化,最后设计了辅助对刀装置。

通过以上工艺改进,降低了刀具折断率,提高了钻削效率,主要包括以下研究内容:

(1)折断原因的分析:用静力学分析了微钻受力时应力分布情况,得出微钻发生应力突变的部位;通过理论计算得出微钻在理想受力状态下的折断原因;选取实际生产中折断微钻的断面,结合金属断裂理论得到微钻折断的主要原因。

(2)刀具几何参数优化:根据微钻折断的主要原因,对不同参数下的微钻进行了刚度有限元分析;采用正交试验得到各个参数对微钻刚度的影响程度,选取了较优的几何参数组合。

(3)刀具切削参数优化:借助DEFORM-3D获取了不同切削参数下的钻削力,对切削参数进行回归分析,得到钻削力的经验公式,并对其进行了显著性与精度分析;以最大生产率为优化目标,对切削参数进行了优化。

(4)设计辅助对刀装置:以对刀精度和受力为设计目标,设计了辅助对刀装置,并对其关键难点:精度和受力进行了分析。上述工艺改进的部分结果已经应用到加工阀口0.08mm的微孔的实际生产中,收到了良好的经济效果,同时本课题的工作对不锈钢类微孔加工工艺的研究也具有一定的借鉴意义。