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。     

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。     

高速钻削碳纤维复合材料加工参数对入口分层的影响研究

高速切削技术一直以来都是提高生产效率和节约成本的关键技术。碳纤维复合材料以其耐磨性、耐腐蚀性等一系列优点倍受人们的青睐。研究了碳纤维复合材料在高速钻削过程中切削速度、进给速度和钻头刀尖角对钻削入口分层的影响;利用三水平的全因子分析法进行钻削试验,同时将得到的分层因子建立二元非线性回归模型,并进行方差分析和响应面分析。研究结果表明:分层对进给速度的敏感性更强;随着切削速度的提高,分层因子逐渐减小;小的刀尖角更有助于获得好的加工孔质量。所构造回归模型的预测结果与试验结果基本一致,表明该模型可以有效地预测钻削表面的分层状况。     

碳纤维复合材料的钻削加工

文章对国内外研究碳纤维复合材料（ＣＦＲＰ）的钻削加工技术的最新成果作了概述介绍,对钻削ＣＦＲＰ材料时的分层、撕裂等孔加工缺陷进行了分类和简单分析,并指出了提高钻孔质量的关键因素和方法。     

碳纤维复合材料高速钻削实验研究

研究了硬质合金钎焊金刚石钻头高速钻削碳纤维复合材料时钻削力、扭矩的变化规律,得到了进给量、切削速度对钻削力和扭矩的影响规律。对钻削力和扭矩实验结果进行了回归分析得到了钻削力和扭矩的指数公式。     

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。     

高速钻削碳纤维复合材料钻削转矩的非线性回归分析

对高速钻削碳纤维复合材料中的转矩问题,就文献[1]对Φ=5·5mm的硬质合金四面钻的实验结果进行深入分析研究。得到转速n和进给速度vf在3000r/min≤n≤24000r/min及24mm/min≤vf≤120·8mm/min范围内成立的二元非线性回归公式的两种形式M=M(vf,n)和M=M(f,n)及适用范围。还给出固定其中任何一个自变元,约化出的一系列一元函数公式的曲线。发现如下二点唯象规律:①对于固定的转速n,转矩随着进给速度vf的增加而增大;②对于固定的进给速度vf,转矩随着转速n的增加而减小。上述观察和得到的唯象规律为高速切削机理的进一步研究提供了基础。     

碳纤维复合材料的钻削研究进展

碳纤维复合材料(CFRP)的高比强度、比硬度、耐高温、耐化学腐蚀等一些优良特性,使这种新型复合材料在航天、航空、船舶、建筑等领域的应用不断扩大,在CFRP的加工中,孔加工最为常见(约占60%)。本文主要对国内外一些碳纤维复合材料的钻孔加工实验理论研究进行总结,着重分析各因素对钻孔质量及刀具磨损的影响规律,展望了CFRP钻削加工的发展方向。     

高速钻削碳纤维复合材料轴向力的非线性回归分析

针对高速钻削碳纤维复合材料的轴向力问题,采用φ5.0 mm的硬质合金麻花钻钻头进行了试验研究。得到转速n和进给速度vf在9 000 r/min≤n≤19 000 r/min和40 mm/min≤vf≤130mm/min范围内成立的二元非线性回归公式的2种形式Fz=Fz(vf,n)和Fz=Fz(f,n)。还给出固定其中任何1个自变量,约化出的一系列一元函数公式的曲线,并从中总结出4点唯象规律。     

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。     

平纹编织CFRP制孔分层形成机制的热-力学理论建模及试验分析

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics, CFRP)在航空航天领域获得了广泛应用,但由于各向异性和层间连接较差等特点,钻削过程中极易出现分层缺陷,严重影响构件的使用性能。为分析钻削温度对平纹编织CFRP制孔缺陷的影响机制,基于弹性地基梁理论、黏聚力学模型和热力学理论,建立了新钻型钻削平纹编织CFRP制孔分层形成的理论模型。结果表明：当新钻型多刃尖(Ⅲ)钻削孔边缘的最表层材料时,钻削温度达到最大值,对最终分层的形成最为关键;钻削温度和制孔分层随着主轴转速的增大而逐渐降低,随着进给速度的增大而逐渐升高。当纤维角度(θ)在0°/90°/180°/270°附近时,层间分层的临界轴向力达到最大值,分层相对较大,当纤维角度(θ)在45°/135°/225°/315°附近时,临界轴向力最小,分层并非极大。因此,临界力的大小只能反映产生分层缺陷的难易程度,不能决定分层的最终形状和大小。考虑温度影响时的制孔分层形态预测与试验观测基本吻合,而不考虑温度影响下所获得的预测值总体上偏小。此外,平纹编织CFRP分层形状基本呈近似圆形。     

Comparison of drilled hole quality evaluation in CFRP/CFRP stacks using optical and ultrasonic non-destructive inspection

In aeronautical industry, stringent requirements relate to the quality of drilled holes in carbon fiber reinforced plastic (CFRP) composite laminates as low hole quality determines poor assembly tolerance, structural properties reduction, and risk for long-term part performance. Non-destructive quality control techniques were applied to drilled CFRP laminate stacks for aeronautical applications to characterize the material damage induced by drilling in order to assess the hole quality for product acceptability. Experimental metrology procedures, including optical measurements and ultrasonic non-destructive evaluation, were employed to appraise both external and internal induced material damage in holes machined under diverse drilling conditions. The optical inspection procedure, comparable to the visual inspection method regularly utilized in industry, provided delaminated area evaluations that are underestimated in the case of severe drilling conditions by up to 7% for hole exit and up to 5% for hole entry. In the case of less severe drilling conditions, the underestimation was limited to <2.5% for both hole exit and hole entry, which can be considered a practically negligible disparity.     

基于短纤维增韧的复合材料制孔毛刺和分层抑制研究

由于复合材料的各向异性、树脂导热性差和层间韧性低,在二次机械加工特别是钻削制孔过程中,复合材料易产生毛刺、分层等缺陷和损伤,将短纤维层间增韧方法用于钻削损伤的抑制研究。制备低密度芳纶短纤维薄膜,采用低压接触成型工艺制备了含短纤维增韧与未增韧的复合材料层合板,进而在加工试验台上进行钻削试验。通过对试件加工孔的红外无损检测和显微观测,研究转速和短纤维增韧对复合材料制孔损伤的影响,结果表明提高转速和短纤维界面增韧可改善制孔质量。基于短纤维与基体间相互作用,揭示其增韧机理是由于短纤维在层间形成的丰富桥联抑制了分层扩展,同时短纤维与层间树脂复杂的破坏机制而产生额外的能量耗散,并讨论短纤维参数对增韧效果的影响。该方法为复合材料高质量加工提供借鉴意义。     

CFRP制孔三维仿真和试验研究

针对CFRP的难加工性提出一种改进的旋刨刀具进行钻削制孔。通过有限元分析软件ABAQUS建立两种刀具的三维钻削模型,验证有限元模型的合理性。由两种刀具的钻孔试验对比和"以磨代钻"制孔方式的对比可知,旋刨制孔对CFRP复合材料加工具有优越性。     

基于高速因素的钻攻中心结构设计

采用高速精密加工技术的钻攻中心是手机加工产业发展的必然趋势,钻攻中心的应用将很大程度地提高手机部件的加工效率和质量。本文着重介绍并分析了钻攻中心在高速、精度设计方面的影响因素,对高速切削加工技术的应用前景进行展望。     

TiSiC涂层钻头钻削CFRP/TC4钛合金叠层材料的研究

为解决碳纤维复合材料/钛合金叠层材料制孔刀具使用寿命短的问题,本文提出采用Ti Si C涂层来提高刀具耐用度,并研究了Ti Si C涂层钻头钻削碳纤维复合材料/钛合金叠层材料时的轴向力、刀具磨损和孔出口质量。结果表明,Ti Si C涂层刀具能减小钻削钛合金的轴向力,延长刀具寿命和改善孔出口质量,且制孔一致性良好,有利于提高钻孔质量和刀具寿命。