BTA深孔钻(B oring and Trepanning Association,简称BTA,即双孔单管内排屑深孔钻削系统)是目前最重要的深孔加工方式之一。广泛应用在航天、航海、兵器工业、核容器制造等领域,占据孔加工制造业中约25%的市场份额,市场地位十分重要。具有可加工长径比大、超硬、超软等难加工材料深孔等优点。BTA深孔钻工作时存在以下问题:全封闭式加工使深孔钻头在工件内部的运动轨迹无法观测,且特殊的钻头内部排屑、排热方式,使轴向切削力做功所转化产生的切削热,主要靠流动的切屑带走,其余靠工件热辐射散发,甚至为降温而中途停车;BTA钻头内外整体处于“强力、高温、湍流环绕”的恶劣工况下,使钻刃极易脆化崩刃且刻伤工件,并严重影响钻头的使用寿命;高度湍流状态下的冷却冲洗流体,在钻头顶部换向时流速减小所引起的动能大幅降低,极易在钻头内部生成漩涡滞留切屑。导致产生所谓的“排屑难、排热难”问题。本文从BTA深孔钻的工作原理出发,围绕“轴向切削力做功基本转化为切削热,切削热的散发主要依靠流动的切屑,切削温度的变化间接反映排屑情况”这一主线,为改善钻头的排屑、排热效能,建立改进后的BTA钻头模型。并通过使用相关有限元分析软件,对其进行了力学、温度场、内外流量特性的分析研究。为实现增强改进后BTA钻头排屑、排热效能的目的,进行了有关理论研究,进行了以下工作:首先,从传统BTA钻头的工作原理出发,对其进行静力学分析,发现传统BTA钻头排屑、排热效率低的原因主要是钻头传统BTA钻头内外结构设计有不理想之处,据此提出改进钻头内外结构的措施。具体在钻头外围增加梯形静压槽和导流槽,对钻头大小喉部的空间布局重新进行了优化设计,得到改进后的BTA深孔钻头结构。并使用Solid Works三维软件结合商用钻头参数,建立了改进前、后的实体模型;其次,为验证改进后的BTA钻头,增加梯形静压槽和导流槽后对静力分析有无影响,利用ANSYS有限元软件对其进行了静态分析、抗疲劳强度仿真;再次,为研究轴向切削力做功是生成切削热的主因,进给量影响切屑、切削热的排除作用,运用Deform-3D力、热有限元分析软件,进行仿真试验。同时为验证改进后的BTA钻头内外流量特性是否大幅提高切屑、切削热排除效能,使用ANSYS fluent流体分析软件,对传统BTA深孔钻头和改进后的BTA钻头,进行速度场、压力场、温度场的对比研究;最后,为验证本文理论正确性,采用单因素法结合现有设备及检测仪器,对改后过BTA深孔钻头进行现场钻孔试验。分析数据推导出适用于本文简化后的力、热经验公式。为工程实际应用,进一步解决切屑及切削热的排除问题提供参考。试验结果表明:改进后的BTA深孔钻头具有结构刚度高、改后钻头内外流量特性得到大幅提升,可更好的排除切屑、切削热。本文理论研究和试验结论一致,说明本文理论研究的正确性和有效性。对指导BTA深孔钻的实际生产和学术研究有着一定的工程和学术价值。