钻头几何参数对CFRP/Ti加工轴向力的影响

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)与钛合金组成的叠层构件被广泛应用于航空航天领域,CFRP/Ti叠层材料的制孔加工一直是航空领域的热门话题。在使用机器人对飞机上的大型CFRP/Ti叠层构件进行制孔加工时,应在加工过程中尽量保持较小的轴向力。因此,为了研究钻头几何参数对CFRP/Ti叠层材料加工轴向力的影响,采用不同几何参数的无涂层硬质合金麻花钻对CFRP/Ti叠层材料进行钻削试验。结果表明,对CFRP/Ti叠层材料加工轴向力的影响顺序由大到小依次为横刃>顶角>螺旋角;当钻头的几何参数为顶角119°,螺旋角19°,横刃长0.3mm时,加工轴向力最小,制孔质量更好。     

加工参数对CFRP/钛合金叠层材料制孔质量的影响

对CFRP/钛合金叠层材料进行一体式钻削试验,以钻削力、孔径、钛合金切屑形状以及孔口质量为指标,研究了切削参数对CFRP/钛合金制孔质量的影响规律。结果表明,提高转速与降低进给量可以降低钻削轴向力;孔径大小随着主轴转速的增大而减小,随着进给量的增大而增大,CFRP孔径比钛合金孔径偏大;采用较大的进给量有利于钛合金形成碎屑状切屑,避免带状切屑排出时划伤已加工CFRP表面;高进给量低转速的加工参数有利于钛合金孔质量的提高。     

钻头几何角度对CFRP和钛合金叠层制孔的影响

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金叠层结构钻孔刀具寿命低、出入口质量不易保证、影响加工质量和制孔效率等问题。以钻头螺旋角、外缘后角和顶角为主要研究对象,进行试验方案设计,揭示钻头几何角度对叠层结构制孔切削力及出入口质量的影响规律,表明:碳纤维复合材料与钛合金叠层结构制孔的钻头最佳几何角度:螺旋角25°左右,顶角140°左右,外缘后角12°左右。     

钛合金/CFRP叠层构件螺旋铣孔界面切削热研究

随着钛合金和复合材料(Carbon fiber reinforced plastic, CFRP)在航空航天制造业的应用比例逐渐增多,其叠层构件切削加工也成为研究热点。由于切削温度不仅影响刀具的磨损和耐用度,同时也会直接影响工件的加工精度和表面质量,本文在分析螺旋铣孔特点的基础上,对钛合金/CFRP叠层构件界面热传递机理进行了研究,建立了钛合金/CFRP叠层构件界面热传递模型,通过有限差分法对模型进行数值仿真求解;结合钛合金/CFRP螺旋铣孔实验,修正了刀具与工件的热传递系数以及工件界面温度传导率,通过钛合金/CFRP叠层构件螺旋铣孔切削热理论模型与试验结果对比,发现本文提出的理论模型分析结果和实验测量结果具有较高的一致性,能为钛合金/CFRP叠层螺旋铣孔加工工艺优化提供理论依据。     

变参数钻削对CFRP/铝合金叠层的孔径精度影响

碳纤维增强复合材料和铝合金具有不同的物理力学性能和钻削工艺参数,采用相同的参数一次钻削CFRP/铝合金叠层材料不能满足高质量制孔需求。采用变参数工艺对叠层材料进行制孔实验,分析了变参数方式和变参数位置对孔径的影响,并与定参数钻削进行对比。结果表明,变参数工艺能有效降低铝合金与CFRP的孔径差值,提高钻削孔径精度。     

叠层方式影响叠层构件大螺距螺旋铣孔研究

研究了叠层方式对大螺距螺旋铣孔航空叠层构件制孔质量的影响。通过对叠层方式影响大螺距螺旋铣削CFRP/Ti6Al4V叠层构件的简要分析,制定了叠层次序和叠层夹紧两种优化方案,并进行了相应制孔试验。分析发现,大螺距螺旋铣削CFRP/Ti6Al4V叠层构件应优选CFRP侧切入,若必须从Ti6Al4V切入时,则应选取传统钻削。层间夹紧既改善了CFRP/Ti6Al4V贴合面处孔径精度和孔口缺陷,也能避免了层间缝隙残留切屑,明显优于叠层未采取夹紧时的加工结果。研究成果为合理制定CFRP/Ti6Al4V叠层构件一体化制孔工艺和结构设计提供了参考。     

CFRP/TC4叠层材料低频振动钻削试验研究

低频振动辅助切削技术是基于传统切削给刀具加上有规律并可控的振动,从而达到减小切削力、提高加工精度和延长刀具寿命的目的。将低频振动辅助切削技术应用到CFRP/钛合金叠层材料制孔中,在孔径、孔壁粗糙度和入口质量等制孔质量方面与传统钻削进行对比试验研究。结果表明,振动钻削在制孔质量上具有明显的优势。     

阶梯钻头钻削CFRP/TC4钛合金叠层材料研究

针对CFRP/钛合金叠层材料传统钻削加工过程存在钻削轴向力过大、切削温度高、刀具磨损严重的问题,采用新型阶梯麻花钻对CFRP/钛合金叠层材料进行钻削试验,研究了新型阶梯麻花钻钻头在CFRP/钛合金叠层材料制孔时的轴向力、切削温度和刀具磨损。试验结果表明,阶梯麻花钻刀具能够有效降低钻削的轴向力、降低多孔钻削温度,提高刀具耐用度,具有良好的CFRP/钛合金叠层材料制孔性能。     

低频振动钻削CFRP/钛合金叠层材料试验研究

在叠层材料一体化制孔过程中,CFRP制孔质量极易受到钛合金切屑排出的影响,出现入口撕裂、孔径超差等加工缺陷。为了提高叠层材料的制孔质量,本文分析了振动钻削的运动学特征,确定了理论最小断屑振幅,通过低频振动钻削和传统钻削叠层材料的对比试验重点探讨了不同振幅参数对切削力、切削温度以及制孔质量的影响。结果表明:随着振幅增大,钻削平均轴向力小幅下降,最大轴向力呈现上升趋势;当振幅大于最小断屑振幅时,低频振动钻削在实现有效断屑排屑的同时能够显著降低切削温度,提高孔壁质量和孔径精度;CFRP入口撕裂受振幅的影响最为明显,加工振幅过大会导致入口撕裂的扩大;当振幅为30μm时,入口撕裂区域最小,孔壁粗糙度达到R_a2.16μm,叠层材料总体制孔质量最好,切削温度同时降低了20.8%。     

CFRP/钛合金叠层板钻孔刀具研究进展

CFRP/钛合金叠层结构材料具有轻质高强、能承受极端热力载荷等优点,广泛应用于航天航空关键承重部件的制造.在钻削加工CFRP/钛合金叠层结构时,由于CFRP相和钛合金相具有不同的性能特征,导致刀具的磨损行为迥异,从而对CFRP/钛合金叠层结构的钻孔精度及孔壁质量造成严重影响.为此,探究CFRP/钛合金叠层结构钻削时的刀...     

碳纤维复合材料/钛合金叠层钻孔质量研究

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金叠层的钻孔机理不同于单层材料钻孔,钛合金切屑在排出孔外过程中会对CFRP孔质量造成损伤。为了探究CFRP在叠层钻孔时的质量特性,设计正交试验分析了钛合金切屑和切削参数对CFRP层钻孔质量的影响。观察了轴向切削力和力矩的变化以及钛合金切屑形态,分析CFRP层孔径超差和入口撕裂的机理。结果表明:大进给量条件下,高温、高硬度的钛合金切屑会对CFRP产生严重的侵蚀,是导致CFRP孔径超差的主要原因,并会增大入口撕裂程度;CFRP入口撕裂主要产生在切削速度和纤维方向夹角θ=45°的位置,低切削速度不利于切削CFRP,会加大入口撕裂程度。因此,应使用小进给量钻削钛合金层,使用大切削速度钻削CFRP层;在保证钻头强度的前提下,推荐使用具有较大容屑空间的钻头。     

钛合金精密零件镗铣加工工艺

对钛合金精密零件加工工艺技术的研究,通过选用适合加工钛合金材料的刀具、切削要素,提高钛合金精密零件加工质量,通过制定合理的热处理参数及工艺流程消除零件加工应力,稳定零件加工尺寸,选用合适的定位方式消除零件的加工过定位,保证零件加工尺寸精度,试验表明此工艺加工方法可消除零件加工变形,稳定加工尺寸,使钛合金精密零件合格率达到95%以上,从而达到保证零件尺寸精度的技术要求。     

中心孔定位在曲轴加工工艺中的分析与选择

在曲轴加工工艺中,定位基准存在着几何中心和质量中心的选择。在曲轴毛坯精度较低时,按几何中心孔形成的几何轴线明显偏离质量轴线,离心力大,动平衡较大,需要反复去重,选择质量中心孔定位是最佳的,但质量定心设备费用昂贵。对精铸、精锻的毛坯,因质量较好、精度较高,选择几何中心孔定位却是最佳的。因此,在曲轴加工过程中,对中心孔定位的选择需要兼顾毛坯质量、批量大小、设备状况等因素综合考虑。     

小直径深孔超声振动钻削装置的设计

超声振动加工是一种先进的加工工艺方法,是在加工过程中给工具或工件沿一定方向施加一定频率的超声振动。将超声振动用于精密或超精密加工,特别是在超硬材料、复合材料等难加工材料方面有着突出的优越性,具有低切削力、低切削温度、好的表面粗糙度。基于高频振动切削原理,针对小直径深孔的精密及超精密加工问题,设计了超声振动钻削装置。对难加工材料钛合金进行钻削实验,并对实验结果和数据进行分析。     

飞机紧固孔超声振动精密加工技术研究

针对飞机蒙皮复合材料与钛合金叠层(简称复钛叠层)紧固件大孔传统手工多步制孔加工中存在的工艺路线长、加工质量不高、刀具寿命低等问题,开展了超声精密制孔技术的研究,提出了超声振动套-铰-锪的新工艺方法,并研制了超声振动制孔工具系统。实验结果表明,超声振动套-铰-锪新工艺方法及振动制孔工具系统可以高质、高效、低成本加工复钛叠层紧固件大孔,能满足飞机复钛叠层紧固孔精密装配的工业要求。     

钛合金车削技术研究

采用相对切削加工分析法分析钛合金难加工性及影响钛合金车削加工的因素。通过刀具材料、角度选择、切削要素和热处理方法的制定,提高车削钛合金的切削性及零件加工质量。     

CFRP及叠层结构螺旋铣孔专用刀具切削性能评价

碳纤维增强复合材料(CFRP)及由钛合金Ti-6Al-4V和CFRP组成的金属复合材料叠层结构广泛应用于现代航空工业。大型客机结构件之间主要通过铆接和高锁螺栓连接,根据波音与空客公司发布的数据显示,最新一代B787与A380上装配孔的数量已超百万,装配过程中的制孔效率与质量直接决定了客机整体装配效率及关键结构件的疲劳寿命,从而间接影响了客机的生产成本以及飞行可靠性。随着飞机数字化装配的快速发展,传统的钻孔工艺会产生很多加工缺陷,工序复杂,加工孔质量不能满足要求,因此,有必要优化制孔工艺,设计新型专用刀具。本文通过研究螺旋铣孔运动学特性,分析螺旋铣孔的工艺特点,设计了一种新型螺旋铣孔专用刀具,并以加工过程的轴向切削力、出入口加工质量以及刀具磨损为评价指标,验证该新型专用刀具的切削性能。结果表明,专用刀具在干切削条件下能够实现复材孔无分层、钛合金孔无毛刺加工,大幅提高刀具寿命,解决了传统立铣刀对CFRP及CFRP/钛合金叠层结构进行螺旋铣孔时刀具寿命低、加工质量差等问题。     

钛合金切削的刀具问题及对策

根据对钛合金切削加工性的分析,针对钛合金切削刀具的主要问题,提出了从刀具入手解决钛合金切削加工问题的思路,以及合理选择刀具材料、确定刀具几何参数、刃磨刀具、冷却润滑的一般原则及方法。     

深孔镗刀导向块长度试验研究

深孔加工作为机械加工的一个重要分支,深孔镗削更是深孔加工的重要组成,对其加工精度和稳定性要求越来越高;首先分析了导向块的几何形状参数对深孔镗削加工精度和稳定性的影响,并通过改变导向块长度进行试验研究,获取最佳导向块形状几何参数。     

精密小孔磨削及专用砂轮轴的设计

通过长期实践,探讨影响加工精度的因素,并确定了磨削最佳工艺参数和加工系统。同时,设计了用于磨削精密小孔的专用砂轮轴,并揭示了它的制造方法及要点,解决了精密小孔磨削的系统刚度问题。