CFRP/铝合金叠层结构动态钻削力预测研究

建立了CFRP(carbon fiber reinforced plastics)/铝合金叠层结构制孔轴向力分阶段预测模型,提出一种面向分阶段的钻削过程描述方法。阐述了CFRP与铝合金的叠层方式,根据钻削过程中钻头所处位置确定不同的钻削阶段;在钻削过程分析的基础上,通过解析建模方法给出了叠层结构动态轴向力预测方法,并详细分析了模型公式中积分限的计算方法;进行了叠层结构制孔实验,测量分阶段的瞬时制孔轴向力。通过对比发现提出的预测模型与实验值吻合较好,能够准确预测CFRP/铝合金叠层结构制孔轴向力。     

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。     

机器人旋转超声钻削与机床钻削CFRP/铝合金叠层构件切削力对比实验研究

针对现有机器人钻削叠层构件时存在颤振显著、钻削力大等问题,采用超声加工与机器人加工相结合的技术,实现CFRP/铝合金叠层的高效低损伤加工方法。开展了机器人旋转超声钻削(RRUD)、机器人钻削(RD)和机床钻削(MD)叠层构件钻削力对比实验。实验结果表明,与机床钻削相比,机器人钻削的钻削力显著恶化,钻削CFRP和铝合金时最大增幅分别达到28.19%和61.73%。旋转超声振动的引入有效抑制了钻削力的增大,当主轴转速为5000r/min时,机器人旋转超声钻削力接近机床钻削。     

一种叠层结构钻削力预测模型的研究

针对航空航天制造使用的碳纤维复合材料和钛合金叠层结构材料的特殊特性,将钻头主切削刃离散成许多个微元,把切削过程简化为微元的斜角切削,采用数学分析和经验结合的方法,建立标准麻花钻的钻削力预测模型,运用Matlab/Simulink进行钻削力仿真,将仿真结果和试验结果进行比较和验证,结果表明钻削力模型符合实际情况。将得到的钻削力预测模型应用到钻削叠层结构中,得到一种钻削叠层结构的钻削力预测模型。     

CFRP/铝合金叠层构件旋转超声钻削温度研究

碳纤维复合材料(CFRP)/铝合金叠层的钻孔机理不同于单层材料钻孔,铝合金切屑在排出孔外过程中因切削温度过高会烧伤CFRP孔壁。为了改善CFRP叠层构件加工质量,将旋转超声钻削技术(RUM)引入到该材料的加工中。针对叠层构件钻削温度过高的问题,开展了旋转超声钻削试验研究,阐明了主轴转速、进给速度及超声振幅对钻削温度的影响规律。采用多元回归分析,分别建立了CFRP和铝合金的钻削温度指数预测模型。通过对比预测值和试验值,验证了钻削温度模型构建的合理性和有效性。     

基于钻削力建模的热塑性复合材料钻削力热规律研究

热塑性复合材料(CFRTP)因韧性强、易修复、可回收等优异性能而广泛运用于飞机制造中,本文主要围绕CFRTP材料钻孔热量规律展开一系列研究。搭建了CFRTP钻削试验平台,采用6刀具进行了一组试验,测得钻削力和钻削温度,建立了钻削力的经验公式和CFRTP钻削热源模型,讨论了转速、进给速度、刀具尺寸与钻削产热之间的关系。试验验证了模型,两者具有较高一致性,可以为控制钻削热进而降低制孔热损伤提供理论依据。     

医疗钻头钻削力和钻削温度的试验研究

在高速钻削猪胫骨过程中,钻削力和钻削温度对改进医疗钻头的设计是非常重要的.研究结果表明:在钻削骨头的过程中,钻削力和钻削温度受进给速度和钻削速度的影响.相比不锈钢麻花钻,带三个切削刃的新型医疗钻头能够取得更小的钻削力和低于47℃的钻削温度.     

碳纤维增强复合材料/钛合金叠层结构钻削仿真研究

碳纤维增强复合材料在航空领域常作为结构材料与钛合金组成叠层结构,能在减轻重量的同时利用两种材料的不同特点获得更优异的综合力学性能。本文应用有限元仿真方法模拟了叠层结构CFRP/Ti在CFRP→Ti和Ti→CFRP两种钻削顺序下的制孔过程,探究了不同钻削顺序对叠层结构钻削应力、钻削温度及制孔质量的影响规律。结果表明,在CFRP→Ti钻削顺序下叠层界面制孔质量更高,更能满足实际生产要求。     

轴向超声振动钻削的钻削力和切屑形态研究

建立了钻削加工仿真模型,并采用麻花钻对钛合金进行振动钻削试验。利用ABAQUS软件进行轴向超声振动钻削仿真,试验验证和对比分析了轴向超声振动钻削在不同加工参数下的切屑形态和钻削力。仿真与试验结果表明:随着进给量和振幅增加,钻削力增大,但进给量对钻削力的影响大于振幅;无论是进给量还是振幅的改变,对切屑形态均有影响。     

多元变参数振动钻削复合材料的研究

根据复合材料力学和线弹性断裂力学，假设钻削轴向力为一集中作用载荷，从而构造了正交纤维束增强复合材料的钻削分层临界力的数学模型，仿真结果表明，随着待钻削深度的减小，分层临界力急剧降低。基于这一特点，提出了多元变参数振动钻削纤维增强复合材料的新思路，并进行了实验验证。     

碳纤维复合材料钻削孔分层缺陷的研究

采用氯化金渗透液对多向碳纤维复合材料钻削孔的分层缺陷进行了检测研究。总结出了钻孔分层缺陷的立体模型，指出孔的分层缺陷由入口侧分层和出口侧分层两部分组成，入口侧分层尺寸远远小于出口侧分层尺寸，入口侧分层为圆形，出口侧表面几层分层为椭圆形，深层分层仍为圆形。在此基础上，进一步对多向碳纤维复合材料板材钻削孔孔出口分层缺陷的大小与钻削参数间的关系进行了试验探索，得到一些有价值的试验数据和结论。     

高模量碳纤维复合材料钻削力和加工缺陷分析

由于碳纤维复合材料独特的物理结构和化学性质,在其钻削加工中往往容易出现撕裂、毛刺、分层等缺陷,而这些缺陷与钻削参数以及钻削力息息相关。采用全因素实验研究了切削速度和进给速度对切削力以及钻削加工缺陷的影响。利用方差分析,对切削速度和进给量对实验结果的影响程度进行了分析。研究发现进给量是影响钻削加工最主要的因素,并且钻削轴向力和加工缺陷随切削参数的变化趋势基本一致。     

PCD钻头钻削碳纤维增强复合材料的切削力研究

利用PCD钻头对碳纤维复合材料钻削力进行试验研究。通过单因素试验的方法得到切削参数对切削力的影响规律;通过多元线性回归得到钻削轴向力的经验公式,应用SPSS软件对经验公式进行方差分析;对经验公式进行显著性检验,回归方程非常显著,回归模型可以为钻削轴向力提供预测。     

碳纤维复合材料钻削加工分层缺陷研究进展

碳纤维复合材料(CFRP)因良好的性能被广泛应用于诸多领域,但它本身所特有的层间结构易导致在钻削加工过程中产生缺陷。分层缺陷是钻削加工过程中产生的主要缺陷之一,对复合材料结构件的承载能力和疲劳强度有很大影响。本文主要从分层缺陷的产生机理、影响因素和检测等方面对国内外目前的研究现状进行综述,并分析了未来的研究发展趋势。     

TC4钛合金低频振动钻削切屑形态和钻削力研究

为研究TC4钛合金低频振动钻削过程中切屑形态与钻削参数和振动参数对钻削力(轴向力和扭矩)的影响规律,基于一种自主研制的低频振动刀柄,分别采用单因素法和正交试验法对钛合金进行了低频振动钻削试验,分析了不同钻削条件下的切屑形态和钻削力,建立了轴向力和扭矩的经验公式,并对钻削力的影响因素进行直观分析与方差分析。结果表明:试验系统在低频振动钻削TC4钛合金时,振幅与进给量之比接近临界断屑值0.81时断屑可靠,排屑顺畅;低频振动瞬时钻削力呈现出规律的正弦波形,钻削力动态分量远大于普通钻削,轴向力和扭矩均值可比普通钻削分别降低10%～15%和15%～20%;进给量对钻削力影响最为显著,振幅次之,钻削速度影响最小;建立的振动钻削经验模型误差保持在10%以内,可以较为准确地对该试验系统所选参数范围内的钻削力进行预测。     

涂层钻头钻削碳纤维复合材料的轴向力研究

不同刀具材料对碳纤维复合材料的加工有较大的影响。通过合理选择钻头的基体材料和涂层材料,基于正交试验综合分析不同涂层材料、主轴转速及进给速度对钻削轴向力的影响。试验结果表明,涂层材料对轴向力的影响最大,涂层钻头的钻削轴向力比无涂层YG6X钻头小很多,类金刚石涂层(DLC)钻头最小。TiAlN和TiCN涂层钻头都有不同程度的磨损,DLC钻头的耐磨性和加工质量都远远高于其他涂层。     

钛合金旋转超声辅助钻削的钻削力和切屑研究

针对难加工材料钛合金在采用普通麻花钻传统钻削过程中存在钻削力和扭矩较大使得钻孔困难,刀具使用寿命低,连续长切屑易缠绕刀具、划伤孔加工表面、增大刀具-切屑-工件孔壁之间的摩擦以及排屑差引起堵屑和卡刀具的问题,引入一种新刃型刀具（即八面钻）,并结合超声振动钻削技术,进行了钛合金旋转超声辅助钻削试验。分析了旋转超声辅助钻削和普通钻削中切屑形成原理,采用文中所设计的旋转超声振动钻削主轴结合BV100立式加工中心平台、测力系统和非接触激光测量系统进行了无冷却条件下基于八面钻的钛合金旋转超声辅助钻削和普通钻削试验以及钻削力、扭矩和切屑形态的研究。试验结果表明：相比于普通钻削,超声钻削明显降低钻削力和扭矩分别为19.07%~20.09%和31.66%~34.3%,明显增强了钻头横刃和主切削刃的切削能力,获得了良好的断屑和排屑效果,提高了切削过程的稳定性,能够极大改善钛合金钻孔过程钻削困难、刀具使用寿命低和孔加工质量差的问题。     

Al2O3f+Cf/ZL109混杂复合材料低频振动钻削的实验研究

用挤压铸造法制备了三氧化二铝短纤维和碳短纤维混杂增强ZL109合金复合材料，并进行了低频振动钻削加工实验，研究了振幅和振动频率对刀具磨损、切削力、表面粗糙度的影响。结果表明，低频振动钻削明显降低了切削力。合适的振幅和频率，也可以减轻刀具磨损。     

钻头几何参数对低频振动钻削CFRP/钛合金叠层材料钻削轴向力及温度的影响

通过开展低频振动钻削叠层材料单因素试验,研究了刀具的顶角、螺旋角和后角对钻削轴向力及温度的影响。结果表明:钻头顶角越大,轴向力越大,螺旋角的变化对钻削CFRP层轴向力影响较小;在钻削钛合金层时,轴向力随着螺旋角的增大呈先下降后上升的趋势,钻头后角越小,轴向力越大;钻头几何参数对钻削温度的影响可以忽略,得出较为适合CFRP/钛合金叠层材料振动制孔的钻头几何参数为顶角120°、螺旋角25°、后角20°。     

面向康复的医疗手术中钻削力和钻削温度研究

随着我国生活水平的提高及医保范围的扩大,患者对先进手术水平的期望值越来越高,对手术的要求由面向治疗转化为面向康复。面向康复手术的低损伤和快愈合特点,除了取决于临床医生的实际经验外,手术器械性能优劣也是重要的影响因素。而各类手术器械势必对人体造成各类损伤,特别是应用于各类骨手术的医疗钻头,其在手术中产生的钻削力和钻削温度,不可避免地导致不同程度的骨损伤。因此,充分了解医疗钻头的钻削机理、优化医疗钻头的结构和工艺参数是降低医疗钻头的钻削力和钻削温度损伤、加快患者术后康复、满足患者面向康复手术要求的重要途径。本文就当前医疗钻头的研究现状,阐述了医疗钻头钻削温度的产生、测量及其影响因素;分析了医疗钻头钻削参数、钻头设计等对钻削力的影响;指出了医疗钻头钻削力和钻削温度损伤控制的发展方向。