制孔分层损伤对CF/PEEK复合材料拉伸性能和表面应变分布的影响

目的 研究钻削制孔表面分层损伤与拉伸载荷下开孔碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料表面应变分布的相关性。方法 通过对CF/PEEK复合材料层合板进行钻削制孔实验,分析不同进给速度对钻削温度、钻削轴向力、制孔出口表面分层和孔壁表面损伤的影响。采用数字图像相关技术（DIC）和力学实验相结合的方法,研究分层损伤程度对开孔CF/PEEK复合材料层合板拉伸性能和表面应变分布的影响。使用扫描电镜观测开孔试件的断裂形貌,分析开孔试件受拉伸载荷时的破坏模式。结果 随着进给速度的增加,钻削温度降低,钻削轴向力提高,出口表面分层和孔壁损伤程度加剧。随着分层损伤程度的增加,层合板的拉伸强度呈现出降低的趋势,试件的拉伸强度从558.4 MPa降低到525.63 MPa,降低了5.87%。在中应力和高应力状态下,试件x方向的最大负应变随着分层损伤程度的增加而增加。在高应力状态下,试件y方向的最大正应变随着分层损伤程度的增加而增加。试件的断裂方式主要是基体开裂、分层和纤维撕裂,断口有纤维脱落和纤维拔出,垂直于载荷方向的纤维破坏模式为剥离破坏,与载荷方向一致的纤维破坏模式为拉伸破坏。结论 钻削制孔表面分层损...     

SiC/GFRP复合装甲超声辅助制孔技术研究

针对新型轻质陶瓷材料为核心的高性能复合装甲在常规加工过程中质量差等问题,对SiC/GFRP复合装甲进行超声振动辅助制孔加工技术研究,通过改变机床主轴转速、进给速度等加工工艺参数,探究钻削力的变化。结果表明：提高主轴转速或降低进给速度,可有效减小钻削轴向力;超声振动辅助提高了制孔表面完整性,能显著改善制孔质量。     

基于MQL的碳纤维复合材料制孔表面质量及切削力试验

目的 减少碳纤维增强复合材料(CFRP)制孔表面毛刺及边缘凸起等缺陷。方法 对比研究在干切削和微量润滑(MQL)2种加工条件下碳纤维增强复合材料(CFRP)的制孔,在切削速度一定时,探究切削方式、进给速度对制孔尺寸精度、表面质量、切削力的影响。采用方差分析对各影响因素及其权重进行分析。结果 得出了切削方式和工艺参数对制孔尺寸精度、切削力、表面质量的影响规律。试验结果表明,在微量润滑条件下,由于润滑和降温的影响,表面毛刺得到有效去除,纤维断面平整,剪切作用明显,抑制了由温升所引起的边缘隆起膨胀现象,试样的表面质量得到显著提高,切削力整体降低。在干切削和微量润滑条件下对制孔尺寸精度影响最大的是切削方式。对于切削力,在干切削时受到切削方式的影响最大,在微量润滑条件下受到进给速度的影响最大,随着进给速度的增大而增大。结论 在现有试验条件下,微量润滑的加工质量总体上优于干切削的加工质量,其制孔尺寸的精度整体更高,其切削力最大降低了84.26%。     

钎焊金刚石套料钻磨粒间距对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)制孔直径和孔壁粗糙度的影响

在无冷却润滑条件下,采用钎焊金刚石套料钻对CFRP层合板进行钻削加工试验,研究了不同进给速度条件下钎焊金刚石套料钻的磨粒间距对CFRP层合板制孔直径精度和孔壁粗糙度的影响,建立了钎焊金刚石套料钻钻削CFRP的温度场仿真模型。研究结果表明:制孔直径的扩孔因子随着磨粒间距和进给速度的增加而减小,磨粒间距对扩孔因子的影响程度较大;孔壁相同位置处的粗糙度随着磨粒间距和进给速度的增加而增加;采用磨粒间距为1.6 mm的80/100金刚石磨粒的套料钻,在进给速度为150mm/min时钻削CFRP层合板制孔效果好。     

刀具类型对CFRP制孔缺陷及孔壁质量的影响研究

使用不同类型刀具对碳纤维复合材料(CFRP)制孔过程中的缺陷和孔壁质量进行研究,设计了单因子实验,通过选取制孔刀具传统麻花钻、螺旋铣刀、台阶钻、烛心钻,对CFRP进行了切削制孔实验,利用超景深电子显微镜观测加工缺陷,使用表面粗糙度测量仪测量孔壁粗糙度。结果表明,与传统麻花钻制孔相比,采用螺旋铣工艺、台阶钻或烛心钻制孔能够减小孔口处的分层缺陷,有效提高孔表面质量。     

力工工艺对7075铝合金紧固孔表面形貌和组织的影响

为研究加工工艺对7075-T7351铝合金飞机装配紧固孔表面质量的影响,通过扫描电子显微镜和光学显微镜,分别对5种不同制孔工艺所产生的表面微观形貌和表层组织变化进行了观察和分析.结果表明,钻扩铰多步慢进给工艺和一步复合制孔工艺所加工出的表面,平整、光滑、加工缺陷少、晶格变形小、变质层薄;而其它工艺条件下,孔表面微观形貌复杂、加工纹路紊乱、表面缺陷多、晶格畸变大,变质层厚,这些加工状况,对紧固孔的装配性能和疲劳寿命都有很大的影响.     

增强体对汽车用7039铝合金钻削加工性能影响的研究

针对汽车用7039铝合金耐磨性较差等问题,试验制备了加入几种不同增强颗粒的7039铝合金基复合材料,研究加入了不同增强颗粒对7039铝合金加工特性的影响。在不同钻削速度和不同进给速度下进行钻削加工试验,得到各种材料的表面粗糙度、刀具钻削力及扭矩的变化规律。试验表明,7039铝合金及其复合材料的表面粗糙度随着主轴转速增加而减小,随着进给速度增加而增大;钻削力和扭矩随着钻削速度增加而减小,随着进给速度增加而增大;添加Al2O3的7039铝合金基复合材料的加工性能要优于其他增强体的复合材料,7039铝合金及复合材料的最佳钻削加工工况为主轴转速4 500 r/min和进给速度每齿0.1 mm;该研究为铝合金及其增强复合材料的加工制造提供参考。     

加工工艺对7075铝合金紧固孔表面形貌和组织的影响

为研究加工工艺对7075－T7351铝合金飞机装配紧固孔表面质量的影响，通过扫描电子显微镜和光学显微镜，分别对5种不同制孔工艺所产生的表面微观形貌和表层组织变化进行了观察和分析。结果表明，钻扩散多步慢进给工艺和一步复合制孔工艺所加工出的表面，平整、光滑、加工缺陷少、晶格变形小、变质层薄；而其它工艺条件下，孔表面微观形貌复杂、加工纹路紊乱、表面缺陷多、晶格畸变大，变质层厚，这些加工状况，对紧固孔的装配性能和疲劳寿命都有很大的影响。     

高体分SiCp/Al复合材料薄壁小孔钻削工艺机理与实验研究

目的 研究高体分SiCp/Al2024复合材料小孔钻削表面质量和出入口棱边缺陷形貌,为钻削加工提供一定理论基础.方法 用ABAQUS软件对薄壁板钻削加工的整个过程进行三维仿真模拟,采用直径为3 mm的PCD钻头对70％(体积分数)的SiCp/Al复合材料薄壁件进行钻削,采用单因素实验方案,通过改变主轴转速和进给速度检测...     

CFRP/Al叠层材料变进给钻削表面质量分析

为了降低碳纤维增强复合材料(CFRP)/铝合金(Al)叠层制孔产生的纤维撕裂和毛刺高度,提出了一种基于几何函数设定进给量的方法,即当刀具位于叠层材料钻入区、叠层区、钻出区时,主轴进给量按正弦曲线的变化规律进行设定.在相同的加工效率下,将该方法同定进给钻削进行实验对比,分析了变进给钻削对轴向力、复合材料撕裂损伤以及金属孔...     

芳纶纤维复合材料切削加工研究进展

随着芳纶纤维复合材料的应用日益广泛,不仅需要进行成形加工,还需要二次加工以保证后续精确配合、连接和装配的需要,这就对加工精度、效率和成本提出了相应要求。二次加工多用切削加工,易出现翻边、分层、拉毛、抽丝、烧焦等加工缺陷,限制了该材料的进一步应用。为拓展其用途,迫切需要全面展开芳纶纤维复合材料的二次加工技术研究。阐述了芳纶纤维复合材料的组成、结构、性能特点和应用领域,并以此为依据论证了芳纶纤维复合材料的切削性能,分析了加工缺陷产生的原因。综述了国内外芳纶纤维复合材料的二次加工现状,阐述了其加工机理和实验研究进展,包括芳纶纤维复合材料的典型加工工艺(如切削加工、铣磨、激光、超声、水射流等),以及对于切削力、表面质量、刀具磨损、切削变形、加工缺陷等方面的研究。切削加工是实现芳纶纤维复合材料二次加工的成熟、高效方法,迫切需要开展一系列切削机理和试验研究。     

高密度芳纶纸蜂窝的磨削试验

高密度芳纶纸蜂窝是航空航天领域常用的减重复合材料,由韧性较大的芳纶纤维和含量较高的脆性树脂固化而成,固化成型后很难加工。为了满足其加工需求,根据该材料的组成成分和结构特点,用金刚石砂轮进行高密度蜂窝的磨削加工工艺试验,归纳出其在磨削加工后出现的3种典型加工特征形貌,即双层芳纶纸变宽形貌、未分离切屑和纤维拔出;并通过单因素试验法,研究磨削速度、进给速度和磨削深度对其表面形貌的影响。试验结果表明:不同工艺参数对高密度蜂窝加工形貌的影响差异较大。当磨削速度由5.2 m/s提高至20.9 m/s时,3种特征形貌均得到改善;当进给速度从50 mm/min提升为350 mm/min时,纤维拔出数量增多;当磨削深度从0.1 mm增加为0.9 mm时,未分离切屑的平均宽度变大。      

基于纤维增强复合材料的超声振动辅助加工技术综述

纤维增强复合材料是一类使用范围不断扩大的具有优良机械性能的工程复合材料,但由于其具有各向异性及增强体纤维稳定的理化性能,使得传统金属加工方法很难对纤维增强复合材料进行高质量的加工,特别是对于以芳纶纤维等断裂伸长率较高的纤维为增强体的复合材料,存在较为严重的撕裂、毛刺和分层等加工缺陷。超声振动辅助加工是一种将超声振动附加在机械加工过程中的加工方式。超声振动的加入可使刀具与工件周期性接触,减小切削阻力,降低切削温度,可在一定程度上提高纤维增强复合材料加工的表面质量,减少加工缺陷。在介绍超声振动辅助技术的分类、系统组成和加工机理,及纤维复合材料表面质量、材料去除、加工机理和加工缺陷的基础上,从套料制孔、螺旋铣孔和轮廓铣削三类常见加工工艺方面,论述了针对纤维复合材料的超声振动辅助切削技术的国内外研究进展。基于纤维复合材料超声振动辅助切削技术的发展状况,从基础理论研究、材料表面改性和新加工工艺探索、超声振动加工系统的开发完善等方面,总结了现有研究和应用中的成果及普遍存在的问题,同时对未来研究的发展趋势做出了展望。     

High-throughput drilling of titanium alloys

Experiments of high-throughput drilling of Ti–6Al–4V at 183 m/min cutting speed and 156 mm³/s material removal rate (MRR) using a 4 mm diameter WC–Co spiral point drill were conducted. The tool material and geometry and drilling process parameters, including cutting speed, feed, and fluid supply, were studied to evaluate the effect on drill life, thrust force, torque, energy, and burr formation. The tool wear mechanism, hole surface roughness, and chip light emission and morphology for high-throughput drilling were investigated. Supplying the cutting fluid via through-the-drill holes has proven to be a critical factor for drill life, which can be increased by 10 times compared to that of dry drilling at 183 m/min cutting speed and 0.051 mm/rev feed. Under the same MRR of 156 mm³/s with a doubled feed of 0.102 mm/rev (91 m/min cutting speed), over 200 holes can be drilled. The balance of cutting speed and feed is essential to achieve long drill life and good hole surface roughness. This study demonstrates that, using proper drilling process parameters, spiral point drill geometry, and fine-grained WC–Co tool material, the high-throughput drilling of Ti alloy is technically feasible.     

Drilling of long fiber reinforced thermoplastics—Influence of the cutting edge on the machining results

The cutting edge has a large impact on the performance of a cutting tool when drilling fiber reinforced plastics (frp). Delamination, burrs and defects at hole entry and exit pose a challenge when drilling frp. Within the presented work the influence of the cutting edge on drilled hole quality when machining long fiber reinforced thermoplastics is investigated. Major influencing determinants on the machining results when drilling long fiber reinforced thermoplastics are feed force and fiber separation. The interdependencies between cutting edge radius, feed forces and fiber separation are described in a phenomenological model.     

碳纤维增强热塑性复合材料螺旋铣磨制孔损伤研究

目的 研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)螺旋铣磨制孔的切削温度和切削力的变化趋势,以及典型制孔损伤的特点,并分析切削温度的下降对制孔损伤的影响。方法 采用螺旋铣磨的方法开展CFRTP的制孔试验研究,通过改变工艺参数研究切削温度、切削力的变化趋势,分析各类典型制孔损伤的特点、形成原因及随工艺参数的变化情况,并研究添加冷却辅助降低切削温度对抑制制孔损伤的效果。结果 随着刀具自转转速、公转转速和螺距的升高,切削温度分别升高了约46.43%、12.06%和95.97%;切削力随着自转转速的升高而降低,随着公转转速和螺距的升高而增大。当螺距达到0.45mm时,轴向力会有所下降。入口损伤和出口损伤主要以毛刺为主,损伤会随着各工艺参数的升高而加剧,孔壁损伤主要表现为涂覆、变形、裂纹等3种形式。添加冷却辅助后,制孔质量得到显著提高,高温下的刀具涂覆问题基本解决。结论 切削温度是影响CFRTP制孔质量的主要因素,切削温度的升高导致树脂基体软化,使得切屑形貌从粉末状转变为连续薄片状,进而对切削力产生影响,树脂软化对制孔损伤有着明显的影响。冷却辅助能够明显地降低切削温度,从而起到抑制损伤的作用。