深孔加工占机械加工孔加工量的40%左右,是机械加工领域至关重要的一道工序。深孔加工中一直存在着加工过程复杂、断屑排屑困难等问题,制约了深孔加工技术的发展。本文以错齿BTA深孔钻头为研究对象,利用有限元仿真和实验相结合的方法,对深孔钻削过程中的切屑形成机理、切屑形态、钻削力及钻削温度等进行了详细的研究,为实际的内排屑深孔钻削加工过程切削工艺参数的优化和错齿BTA钻头的设计提供参考。本文分析总结了几种常见深孔钻削系统的工作原理及特点,阐述了金属切削机理及BTA深孔钻削原理,分析了错齿BTA钻头钻削力的来源,建立了钻削力理论模型,获得了错齿BTA钻头钻削过程钻削力以及各个刀齿及导向条的受力特征。总结了错齿BTA钻头刀齿与导向条等的设计要点,利用Solid Works设计了错齿BTA钻头三维模型。应用有限元仿真软件DEFORM-3D建立了错齿BTA钻头深孔钻削仿真模型,选用Oxley模型为材料本构模型,设置刀具和工件的运动方案及边界条件,定义对象间的主仆关系,实现了钻削过程模拟仿真。仿真分析切屑的形成过程和变形规律、钻削力和钻削温度等,研究了轴向力、扭矩、切屑形态和刀屑接触长度随切削用量的变化规律。结果表明,沿着钻头外圆到几何中心,切削速度逐渐减小,刀齿切削条件变差,挤压变形严重;错齿BTA钻头内齿切屑形态多为短螺旋状、中间齿呈现C字形、外齿一般为短带状或锥形;刀屑接触长度随着进给量的增大而增大,随着主轴转速和工件材料强度的增大而减小,此外,外齿前刀面上刀屑接触长度最大,内齿最小;钻削力和钻削温度均随着进给量和主轴转速以及工件材料强度的增大而增大,但进给量对钻削力影响较大,主轴转速对钻削温度影响较大,钻削温度沿着钻头几何中心到外圆是逐渐上升的。搭建了BTA深孔钻削实验研究平台与钻削力测试系统,采用单因素和多因素实验方法,获得不同的切屑形态和切削变形规律,得到在钻削过程中不同刀具、不同工件材料和不同切削用量的条件下轴向力和扭矩的变化规律。结果表明:切屑厚度变形系数随着进给量和工件材料强度的增大而增大,随着主轴转速的增大而减小,而且内齿的切屑厚度变形系数最大、外齿最小;钻削力变化规律与仿真结果一致,均随着进给量、主轴转速以及工件材料强度的增加而增加,国产刀具钻削加工时轴向力为进口刀具的1.8倍,扭矩为1.4倍,国产刀具性能还不能与进口刀具媲美;最后,利用线性回归的方法获得了错齿BTA钻钻削工件材料为45钢和20Cr Mn Mo的经验公式。