超声振动辅助钻削HR-2抗氢钢深小孔刀具磨损与表面质量研究

蒋凯宁; 王佳勋; 张园; 徐飞飞; 刘文浩; 董志刚

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.010

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超声振动辅助钻削HR-2抗氢钢深小孔刀具磨损与表面质量研究

更新时间：2025-09-22

- 超声振动辅助钻削HR-2抗氢钢深小孔刀具磨损与表面质量研究
- Research on tool wear and surface quality of ultrasonic vibration assisted drilling HR-2 hydrogen resistant steel deep small holes
- 机械强度 2025年47卷第9期页码：113-121
- 作者机构：
  
  1.大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室，大连 116024
  2.中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，绵阳 621900
- 作者简介：
  
  蒋凯宁，男，2001年生，浙江宁波人，在读硕士研究生；主要研究方向为高性能精密、超精密加工；E-mail：jkn_dut@163.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52405517;52475498)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.010
  中图分类号：
- 收稿日期：2025-06-16，
  
  纸质出版日期：2025-09-15
- 稿件说明：
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蒋凯宁，王佳勋，张园，等. 超声振动辅助钻削HR-2抗氢钢深小孔刀具磨损与表面质量研究［J］. 机械强度，2025，47（9）：113-121.

JIANG Kaining，WANG Jiaxun，ZHANG Yuan，et al. Research on tool wear and surface quality of ultrasonic vibration assisted drilling HR-2 hydrogen resistant steel deep small holes［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（9）：113-121.
蒋凯宁，王佳勋，张园，等. 超声振动辅助钻削HR-2抗氢钢深小孔刀具磨损与表面质量研究［J］. 机械强度，2025，47（9）：113-121. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.010.

JIANG Kaining，WANG Jiaxun，ZHANG Yuan，et al. Research on tool wear and surface quality of ultrasonic vibration assisted drilling HR-2 hydrogen resistant steel deep small holes［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（9）：113-121. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.010.

摘要

针对HR-2抗氢钢深小孔钻削加工中表面质量降低、麻花钻磨损严重的问题，通过热力耦合有限元仿真与深小孔钻削试验相结合的方法，研究深小孔加工中刀具磨损、钻削温度和加工表面质量的变化趋势，对比超声振动辅助钻削（Ultrasonic Vibration Assisted Drilling

UVAD）和常规钻削（Conventional Drilling

CD）2种加工方式，分析超声振动对表面质量差、刀具磨损严重等问题的改善作用。结果表明，随着钻削深度增大，刀具横刃和切削刃热量积累显著增大，逐渐发生涂层剥落、刃口钝化、崩刃等问题，同时，加工孔表面切削热累积导致温度升高，加工表面出现材料涂抹、碎屑黏附、斜向划擦等问题，使表面质量下降和表面粗糙度增大。UVAD相较于CD，有效降低了钻削温度，有助于减少刀具磨损，保持切削刃的完整性，同时降低了加工表面粗糙度，最终提高了加工表面质量。

Abstract

In response to the problems of reduced surface quality and severe twist drill wear in HR-2 hydrogen resistant steel deep small holes drilling

integrated thermal coupling finite element simulation with experimental investigations of deep small holes drilling to analyze the variations in tool wear

drilling temperature

and the quality of the machined surface during the process of machining deep small holes. The improvement effect of introducing ultrasonic vibration on poor surface quality and severe tool drilling wear was analyzed by comparing ultrasonic vibration assisted drilling (UVAD) and conventional drilling (CD). The results show that as the drilling depth increases

the heat accumulation of the tool's transverse and cutting edges significantly increases

gradually leading to problems such as coating peeling

edge passivation and chipping. Concurrently

the accumulation of cutting heat on the surface of the machined hole causes temperature rise

resulting in material coating

debris adhesion

oblique scratching and other problems on the machined surface

resulting in a deterioration of surface quality and an elevation in surface roughness. Compared to CD

the UVAD effectively reduces drilling temperature

helps to reduce tool wear and maintain cutting edge integrity

while suppressing the increase in surface roughness during machining

ultimately improving surface quality.

关键词

Keywords

references

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