钛合金因其优异的强度重量比和耐高温腐蚀等性能,在制造业中得到了广泛的应用。然而钛合金因其具有导热系数低、弹性模量小、加工硬化严重等特点使其属于难加工材料,在传统加工过程中会导致刀具过度磨损和高温。超声振动辅助钻削加工是一种非传统的混合加工工艺,钻削难加工材料过程中,可降低切削力及温度,有利于断屑排屑、改善表面加工质量、提高刀具寿命。本文以钛合金Ti6Al4V为对象采用超声振动辅助钻削进行分析,主要包括几个方面的内容:(1)介绍了钻削加工中模拟过程理论与方法研究;阐述了钛合金加工性能,超声振动辅助钻削原理、超声振动辅助钻削的位移切削特性及超声振动辅助钻削的变速切削特性,确立了切削刃、排屑槽及孔壁对切屑作用力的受力数学模型;运用有限元软件DEFORM-3D对传统钻削(CD)和超声振动辅助钻削(UAD)过程进行仿真试验,阐述了金属切削过程有限元仿真基础理论和有限元仿真关键技术。(2)采用三种不同顶角(140°,120°,90°)的钻头分析了Ti6A14V的传统钻削和超声振动辅助钻削中进给量、主轴转速和振动频率对切削力、等效应力、温度和切屑形态的影响,从而优化Ti6A14V的断屑排屑性能。建立三种不同顶角钻头有限元模型(FEM),在DEFORM-3D软件中使用拉格朗日方法模拟钻削过程。通过试验结果和切削力分析数据对仿真结果进行了验证,误差在3%～7%之间。结果表明,超声振动辅助钻削可以产生分段不连续的切屑,降低切削力,降低工艺温度,降低等效应力。顶角为120°的钻头产生的切屑厚度最薄并且达到了良好的断屑效果,所获得的结果有助于优化钻头几何形状、钻削参数和断屑性能。(3)采用麻花钻头和三刃钻头分析了Ti6A14V的传统钻削和超声振动辅助钻削中进给量、主轴转速对切削力、温度、切屑形态和钻头磨损的影响。建立麻花钻和三刃钻头有限元模型,在DEFORM-3D软件中使用拉格朗日方法模拟钻削过程。仿真结果不仅揭示了随着进给量、主轴转速的增加,切削力、温度、钻头磨损深度、切屑厚度和损伤的明显规律性变化,证实了有限元分析在钻削过程中的能力和优势,而且提供了有关钻削机理更深刻的知识理论,包括超声振动辅助钻削中的三刃钻头对切屑断裂性和刀具磨损的影响。