钻锪一体刀在CFRP与钛合金叠层制孔中的设计

针对航空叠层材料的加工特性,研究航空钻锪一体刀具在Ti-6Al-4V+CFRP叠层材料的应用。通过对钻锪一体刀的制孔切削参数进行分析,制定出正确和合理的切削参数,满足叠层材料的自动制孔加工要求,提高自动制孔加工效率和加工精度。     

CFRP与钛合金叠层制孔钻头横刃结构优化

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金夹层结构制孔过程中加工质量、制孔效率与钻头寿命低等问题,以钻头的横刃结构为主要研究对象设计试验方案,对钻头横刃结构进行优化,以提高加工质量、制孔效率与钻头寿命。结果表明:优化后的横刃结构加工性能优于普通"X"形钻头横刃结构,不论是碳纤维复合材料部位还是钛合金部位轴向切削力明显减小。     

复合材料叠层结构制孔技术

针对碳纤维复合材料与钛合金叠层制孔质量差、效率低的问题,通过有限元仿真计算和切削试验相结合的方法,研究了碳纤维复合材料与钛合金叠层制孔切削机理,分析了面向刀具结构、几何参数和制孔工艺参数等因素,建立刀具结构、切削力、刀具磨损等数学模型,实现了碳纤维复合材料叠层制孔的刀具设计技术。     

三尖钻钻削CFRP/Al叠层构件的表面质量研究

利用田口设计方法,进行金刚石涂层三尖麻花钻钻削CFRP(CCF300)/Al(7075)叠层材料工艺实验研究。通过设计正交实验和单因素实验获得了复合材料钻削力F随主轴转速n、进给量f和钻头直径d的变化规律,并利用回归分析建立轴向力的拟合公式。通过对刀具磨损和轴向力对制孔质量的分析发现,复合材料表面粗糙度随轴向力增大而增大,铝合金孔表面粗糙度随轴向力变化不大。在钻削过程中,金刚石涂层刀具三尖钻的磨损失效主要为涂层的剥落/分层和崩刃,考虑到制孔质量和应用安全性,刀具的使用寿命可达到180个,适合钻削CFRP/Al叠层材料。     

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。     

CFRP/钛合金叠层构件制孔孔径分布规律研究

为了研究CFRP/钛合金叠层构件一体化制孔加工后的孔径几何精度变化规律及主要影响因素,在CFRP/钛合金制孔基础上,利用三坐标测量机对孔径几何精度进行检测,并分别对单个孔及系列孔的孔径几何精度进行分析,得到孔径几何精度的变化规律及主要影响因素。结果表明:叠层材料制孔加工过程中材料加工性能的巨大差异,使加工至材料界面时产生的切削振动较大,是影响CFRP与钛合金孔径几何精度的主要因素,且对CFRP孔径影响较大,对钛合金孔径影响较小。     

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。     

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...     

CFRP/7050复合材料叠层制孔参数研究

数字化制孔凭借高精、高效、高一致性优势在飞机蒙皮叠层制孔中应用日益广泛,其参数的合理性直接影响制孔质量与精度,进而影响飞机的质量与寿命。为获得高精、高效的复合叠层制孔参数,以碳纤维增强型复合材料(CFRP)/铝合金(7050)叠层为研究对象,开展叠层制孔参数研究。设计两次正交试验研究制孔参数对孔径的影响,以主效应图为工具,分析第一次正交试验结果,初步明确各参数对孔径的影响趋势;进而优化正交试验参数取值区间,设计并实施第二组正交试验,结合两组正交试验结果,获得最佳制孔参数。针对该参数的工程实用性,从参数制孔能力、刀具加工寿命两方面进行实验验证。同时,为减少参数研究工作量,将经过验证的制孔参数在工况相同、孔径相近的制孔场景下进行拓展应用研究。在满足制孔精度的前提下,通过制孔能力和刀具制孔寿命实验,验证了拓展应用的可行性,并得到该参数适用的孔径范围,有效减少了制孔参数研究的工作量,提高了制孔参数研究效率。     

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。     

切削力预报的建模方法

长期以来,许多学者对切削力预报作了大量的理论研究工作,期望从理论上获得切削力的计算公式,但由于影响切削力的实际因素众多,切削的过程十分复杂,给建立切削力的理论模型带来很大的困难.为了能够从根本上解决这一问题,很有必要通过建立准确的切削力预报模型.本文综述了各种不同的切削力建模方法,包括神经网络模型以及模糊灰色理论等.     

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。     

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。     

不同切削力预测建模方法的比较研究

结合计算实例对不同的切削力预测建模方法 (人工神经网络法、灰色模型预测法和最小二乘回归法 )的建模特点及其优劣进行了比较分析 ,研究结果可作为选用切削力预测建模方法的参考依据。     

钻削参数对CFRP/Ti叠层材料钻削温度的影响

为了研究钻削参数对CFRP/Ti叠层材料钻削温度的影响,采用正交试验法及硬质合金(YG6X)对其进行一体化钻削试验,使用红外热像仪测量出口位置的钻削温度。结果表明,钻削温度随主轴转速升高而升高,随进给速度升高而降低,并且主轴转速对温度影响大于进给速度。选取一组钻削参数进行钻削试验,检测结果表明:使用表面粗糙度仪(TR240)得到CFRP内孔平均表面粗糙度值Ra=6.65μm。使用三坐标测量仪得到CFRP内孔平均孔径d=6.041mm,公差等级为IT10;钛合金钻孔平均孔径d=6.039mm,公差等级也是IT10。     

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。     

SiCp/Al多相材料的切削加工

SiCp/Al是具有优良物理、机械性能的难加工多相材料。为解决加工SiCp/Al材料时刀具磨损快、表面质量差的问题,通过对SiCp/Al切削表面形成机理及刀具磨（破）损机理的分析,采用常规硬质合金刀具材料设计了加工SiCp/Al的新型引导光整刀具,并用传统工艺设备进行了切削试验。结果表明,新型刀具可显著提高刀具耐用度和加工表面质量。     

顺逆混合铣-铣复合加工方法的切削力分析

难加工材料已广泛应用,但加工过程中出现了的切削力大、刀具寿命短等诸多问题,提出了在不降低材料去除率的前提下有效地降低切削力的大小的新方法铣-铣复合加工方法,顺逆混合铣-铣复合加工方法是铣-铣复合加工方法的一种形式,顺逆混合铣-铣复合加工方法中的刀盘在低转速下就能实现高速切削。顺逆混合铣-铣复合加工方法中将总磨损量平均到了不同立铣刀的不同的切削刃上从而提高了整个刀具的寿命,从方法上解决了难加工材料加工中刀具寿命短的难题。实验结果表明顺逆混合铣-铣复合加工方法发挥了铣-铣复合加工方法组合优势,部分切削力能够相互抵消,从而减小加工工件的受力。     

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。