6 钻 头 的 有 限 元 分 析 17 

6 .1 钻尖角的有限元分析 17 

6 .2 螺旋角的有限元分析 24 

7 结果与 分析 29 

结论 31

致谢 32

参考文献… 33 

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1 绪论

人类使用和认识钻头最早可以追朔到远古时期，钻木取火等早期带有钻削性质的石钻可 视为最早期的钻头。现代广泛使用的麻花钻，诞生于一百多年前，每年各类钻头的全世界消 耗量数以亿计。钻孔工艺经过多年发展，发展了数十上百种新工艺，但据统计，在大部分钻 孔工艺中机械钻孔仍占近半，应用于生产生活方方面面中。

其中微孔加工等相关的工作就涉及了微型钻头，微型钻头是一种形状复杂的带螺旋槽的 微孔加工工具,由传统的麻花钻衍生而来，现在主要广泛应用于航天、汽车、电子等多个行业。 小小钻头看似平常简单，但相比切割、刨、打磨等加工方法，钻削加工一直都是最复杂的机 械加工之一，更是由于钻头钻削涉及数以亿万的工程工件制作等，提高钻头切削能力与效率 将很大程度上促进相关行业甚至社会发展，正是如此，对于钻头的研究改进与钻削的研究人 们付出了很大时间与精力在这上面，并将继续持续下去。微钻的结构参数与切削刃的切削性 能密切相关,改善微型钻头结构参数，提高钻头切削能力与效率将很大程度上促进相关行业的 发展。对于钻头结构参数的优化，人们进行了几十年的研究。最初由于广泛使用的锥面钻头 并不理想，它一直在努力改善其结构和研磨方法，取得了 200 余种相互不同的形状位，以提 高他们的切削加工性能。在这一项中取得了很大程度的进步，随着微钻的广泛使用，莫里森 [1]表示相比 0.33 毫米的孔，一个 0.1 毫米的孔成本增加了 100 倍。 且微钻的易断易受影响 的特性更加加重了人们对微钻参数优化的需求。

本文为了分析微型钻头在钻孔工作时发生的应力，以及各钻头参数对微钻的影响，使用 CAD 建立钻头的三维实体模型，运用 ansys 软件来进行有限元分析，对比不同结构参数不同 情况下的应力及应变结果，分析影响其切削性能的结构参数,得出相关结论,从而为微钻的工 程设计与制造提供参考依据。

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2 微型钻头的介绍

2.1 微型钻头的介绍

钻头作为用于切削的一种基本旋转工具，是工业上不可或缺的基础工具，在人类生产生 活中随处可见，常应用于建筑、机械、交通、电子等几乎所有行业。随着技术发展与实际要 求的出现，对加工精度的要求越来越高，且各种微小的孔需要由更小精细的钻型钻头来进行 操作。微型钻头由此应运而生，通常微型钻头指直径小于 3.175mm 的钻头，简称微钻。目前 微钻多应用于 PCB 行业，总所周知，钻头直径与长度比越小，越容易弯曲折断，而微钻由于 加工特性，径长比远远小于常规钻头，故微钻多采用硬质合金作为材料，来增加其强度及刚 度，从而达到延长微钻使用寿命，增加其钻孔精度。论文网