CFRP/Ti叠层材料螺旋铣孔与钻孔的刀具磨损对比与分析

针对螺旋铣孔与传统钻孔刀具磨损的问题,对CFRP/Ti叠层材料进行螺旋铣孔与传统钻孔试验。在相同加工效率及切削速度的基础上,对两种工艺加工孔的切削力及刀具后刀面磨损长度进行了测量。结果表明:制孔过程中,螺旋铣削制孔的切削力明显小于钻削制孔的切削力;加工过程中,螺旋铣削制孔的切削力比钻削制孔的切削力更加平缓;同等参数条件下,螺旋铣削加工到24孔时刀具失效,传统钻削加工到18孔时刀具失效;螺旋铣削制孔的刀具比钻削制孔的刀具更加耐磨,加工孔数更多。     

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。     

温变特性对C/E复合材料制孔质量影响的试验研究

从玻璃化转变温度、热膨胀特性、碳纤维与树脂界面温变特性等方面分析了碳纤维增强环氧树脂(C/E)复合材料的温变特性。对C/E复合材料进行钻削试验,测量钻削区域的温度,并采用温变试验箱改变钻削环境温度,对比不同钻削环境温度下的制孔质量、孔壁表面质量和孔出口质量。通过试验,确认温变特性对C/E复合材料制孔质量有较大影响。     

高体积分数SiCp/Al复合材料小孔钻削的试验研究

碳化硅颗粒增强铝基(SiC_p/Al)复合材料由于其优异的物理机械性能,在航空航天、汽车和电子封装等行业具有巨大的应用潜力。但SiC_p/Al复合材料可切削加工性差,切削时刀具磨损剧烈,加工表面质量难以满足生产要求,其推广应用受到了极大的限制。随着SiC_p/Al复合材料在高速车削、高速铣削、窄槽铣削等方面不断获得技术突破,小直径孔的钻削和螺纹加工技术成为产品研制和生产中的瓶颈。针对高体积分数SiC_p/Al复合材料2mm直径小孔钻削开展试验研究,采用金刚石涂层硬质合金钻头和啄钻工艺方法,研究钻削力、刀具磨损和钻孔质量,对比了干湿两种啄钻方法对钻削工艺的影响。     

第8届上银优秀机械博士论文奖——金奖 CFRP低损伤钻削制孔关键技术研究

<正>轻质高强碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)是运载装备减重增效的优选材料,可显著提升装备性能。此类材料构件的装配连接需加工大量连接孔,且制孔损伤容限要求苛刻。但CFRP是典型的难加工材料,钻削制孔时,与金属等匀质材料相比,材料失效行为和去除机理迥异,易在出口区域产生严重损伤,对现有加工技术提出严峻挑战,制约CFRP的应用,限制装备性能提升。本文研究CFRP的切削机理和温度影响规律,提出合理控制切削力,降低切削温度影响的方法,研发钻削刀具和工艺关键技术,实现CFRP低损伤钻削制孔。1)建立了CFRP切削加工中单侧弱约束区域材料的单纤维切削和刀具/纤维接触的理论模型,表征了钻削出口材料的切     

PCD与硬质合金钻头钻削CFRP/Al叠层材料对比研究

为延长钻削CFRP/Al叠层材料的刀具寿命,采用PCD刀具与硬质合金刀具进行CFRP/Al叠层材料的钻削对比试验,分析了制孔数量对轴向力、刀具磨损以及制孔质量的影响。试验结果表明,随着制孔数量的增加,两种刀具的轴向力、磨损量及制孔缺陷均增大。采用PCD刀具钻削CFRP/Al叠层材料能有效减小刀具磨损且可获得更好的加工质量。     

单向C/E复合材料磨削制孔温度场模型的研究

碳纤维/树脂(Carbon/epoxy,C/E)复合材料制孔过程中,利用"以磨代钻"刀具的制孔质量较高,但由于树脂基体的热力学性能较差,温度场的分布对加工质量具有较大的影响。为研究磨削制孔过程中切削温度场的分布,在对材料热物理特性均匀化处理的基础上,利用有限差分法建立了三维制孔温度场模型,并利用试验对模型进行了试验验证。结果表明,利用所建模型计算所得加工过程中材料的温升情况、制孔出口温度的最大值以及出口温度场的分布均与实际情况具有较高的一致性,所建模型具有较高的精度及可信性。同时,出口温度场的分布呈椭圆形且椭圆的长轴与纤维方向一致。磨削制孔过程中温度场的研究,对确定磨削制孔过程中切削温度对加工缺陷的影响因素具有一定的指导作用,并为C/E复合材料"以磨代钻"制孔新工艺提供了理论依据。     

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。     

CFRP/Ti叠层材料低频振动辅助钻削时不同参数对刀具磨损的影响

在制备飞机蒙皮连接孔时,CFRP/Ti叠层材料物理性能差别较大,传统钻削容易导致孔径超差、内壁灼伤及出口撕裂等制孔缺陷,较长的切屑无法及时排出,使刀具磨损加剧。针对上述问题,对低频振动辅助钻削的运动学原理进行分析,了解提高制孔质量及断屑的机理。利用控制变量法进行试验,研究不同加工方式和不同加工参数对刀具磨损的影响,分析不同主轴转速、进给速度和振动对刀具磨损的影响规律及其原因,同时也分析不同加工方式对刀具寿命的影响。     

基于分屑原理的螺旋铣孔专用刀具研究

基于分屑原理,结合螺旋铣孔中刀具的运动特点,设计一种具有分布式多点阵端部切削刃的螺旋铣孔专用刀具。通过各切削刃运动轨迹描述和切屑形状模拟,对专用刀具的分屑效果、端部和侧部切削刃不同切削作用及刀具使用寿命进行分析;通过铝合金、钛合金、复合材料螺旋铣孔对比试验寿命试验,对专用刀具的分屑及制孔效果、使用寿命进行验证。结果表明专用刀具在飞机装配现场干切削条件下能够实现钛合金孔无毛刺、复材孔无分层加工,同时大幅提升刀具寿命。解决了干切削条件下传统立铣刀对钛合金、复合材料等航空难加工材料进行螺旋铣孔加工时刀具寿命低、加工质量差等问题,满足实际工程应用的需要。     

An enhancement of the machining performance of GFRP by oscillatory assisted drilling

Glass fiber reinforced plastic (GFRP) composites are finding their way into high technology applications. The machining of GFRP composites is needed to produce near nett-shaped components. Damage free machining is necessitated for the longer inservice life of composites. The present study attempts a newer technique of the oscillatory vibration assisted drilling of GFRP composites in order to minimise the damages. For comparison, conventional drilling also has been carried out.The cutting performance is analysed through online studies such as the measurement of force, power and A.E. monitoring and through the measurement of tool wear as an offline technique.     

振幅对超声振动钻削力的影响研究

超声复合机械加工机理与普通切削加工有本质的区别。主要表现在超声加工是一种脉冲式切削加工,对延长刀具寿命、提高表面加工质量、改善刀具切削性能有很大意义。其本身的优良性能已经被国内外专家学者所认可。但是超声振动振幅的大小对孔的钻削质量和刀具寿命的影响非常重要。文中自行设计了一套超声复合钻削装置,且对超声钻削加工装置设计中存在的问题和关键工艺进行了分析,并对不同振幅对钻削力与扭矩的影响进行了对比研究。实验结果对超声加工有一定的指导作用。     

Investigations into machining of composites

Fibre reinforced plastics (FRP) have an important place in the field of engineering materials. Initially, the main emphasis in research was on the development of materials. Currently, however, more attention is being paid to the industrial production of FRP products. Normally, conventional methods for machining of these materials are used, but reports have indicated poor performance of these conventional types of cutting tools during machining of FRP. In this paper, a new approach using electrochemical spark machining (ECSM) for cutting and drilling holes in composites is proposed.

The feasibility of using ECSM for machining FRP was first ascertained. Then a parametric study of the process was performed by planning the experiments using a ‘design of experiments’ concept as well as a ‘one variable at a time’ approach. Kevlar-fibre-epoxy and glass-fibre-epoxy composites as work materials, copper as the tool material and an aqueous solution of NaCl as electrolyte were used.

It is concluded that ECSM is a viable solution for cutting FRP. However, for achieving the desired accuracy, surface finish and economics of the process, the machining parameters need to be optimized.     

碳复合材料钻孔加工性研究

从刀具材料，几何角度，切削用量等几个方面分析了碳复合材料钻孔工艺性和表面质量，给出了改善复合材料钻孔质量的工艺参数。     

超声振动钻削SiC颗粒增强铝基复合材料时的切削力研究

采用超声振动钻削的方法对金属基复合材料进行孔加工。在自行研制的超声钻削设备的基础上使用不同材质的硬质合金麻花钻,对不同含量的SiC颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)进行了普通钻削与超声振动钻削的对比试验,并分析比较了加工中切削力的变化规律。试验表明,超声振动钻削可以降低切削力,在一定程度上改善钻削机理。     

Investigation on drilling-grinding of CFRP

It is difficult to machine polymer matrix composites reinforced by carbon fibre, and the holemaking process is the most necessary machining process for composite plate products. Conventional drills have a very short life in the drilling of this kind of composites and the quality of the hole is very poor. In this paper, the cemented or plated diamond core tools are tested to make holes in carbon fibre/epoxy composite plates. The effects of machining parameters, cooling and chip removal on the tool life, and the hole quality are investigated. The results indicate that the material removal mechanism of the two kinds of diamond tools is not like the cutting effect of the conventional drilling but similar to that of grinding. Satisfactory effects in making holes in the composites are obtained—quite acceptable machined hole quality, low costs, and long wear-resistant endurance.     

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。     

金刚石涂层钻头钻削SiCp/Al复合材料的仿真有限元分析

利用DEFORM - 3D有限元软件对金刚石涂层钻头钻削SiCp/Al复合材料的过程进行了动态仿真,分析了钻削速度、进给量对加工过程中刀具的轴向力、扭矩以及工件温度的影响.结果表明:随着进给量的增加,钻削过程中钻头的轴向力、扭矩和工件的温度都有所增加;随着钻削速度的增加,钻削过程中钻头的轴向力和扭矩的变化不大,但工件的...     

钳工操作中深孔的钻削实践分析与改进

在金属切削加工过程中,钻削深孔一直是个难题,尤其是加工精度难以保证。深孔钻削的关键是解决断屑、排屑问题。从教学角度结合实践操作,针对钻削深孔加工存在的问题,设计了一种新型的内排屑深孔钻头。以钻头的结构和刃磨特点为切入点,结合生产实践进行了振动钻削实验,实现了断屑、排屑的流畅,达到了钻头应具备的良好性能。