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。     

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。     

CFRP旋刨刀几何结构设计及孔出口质量的分析

为了提高碳纤维复合材料(CFRP)的制孔质量,对CFRP旋刨刀的几何结构进行设计。基于旋刨刀的前角为15°,利用有限元分析软件ABAQUS的explicit子模块,建立CFRP旋刨制孔的三维模型,分析仿真过程中的轴向力和孔的出口质量。在相同条件下进行钻削试验,记录钻削过程中的轴向力,观测孔的出口质量。试验和仿真结果吻合性良好,结合仿真和试验的结果,确定旋刨刀的后角为10°。     

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。     

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层合板制孔周期内轴向力分布规律研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber-reinforced polymers,CFRPs)制孔轴向力与多种损伤形式密切相关,描述整个制孔过程中以及钻头在任意旋转周期内轴向力的分布规律,对于揭示制孔损伤的产生与演化过程具有重要意义。介绍切削比功率的概念,用于描述单位时间内去除单位体积材料的效率;分别对主切削刃和横刃进行微元划分,利用钻削比功率对产生的局部微元力进行经验表示,计算各切削刃上任意位置切削微元的工作角度,构建局部微元力与整体钻削力的转换矩阵,进而建立切削比功率与轴向力的关系。最后,通过试验测量单向CFRP板制孔轴向力与扭矩,提取数据信息对切削比功率进行标定,实现了对钻头处于任意状态时轴向力的描述。利用所建立的轴向力模型研究了:单向铺层CFRP板制孔轴向力分布规律、孔周损伤产生的位置与轴向力分布的关系以及两向和多向铺层的制孔轴向力叠加效应。     

CFRP/Ti叠层材料超声辅助螺旋铣孔的轴向力研究

针对CFRP/Ti叠层材料在一体化制孔过程中轴向力过大而引起的分层损伤和出口毛刺等制孔问题,从降低叠层制孔轴向力的角度出发,采用螺旋铣孔的方式,结合超声辅助加工技术应用于CFRP/Ti叠层材料叠层制孔。设计系列加工试验,对比研究了有无超声辅助条件下叠层材料螺旋铣孔的轴向力,以及主轴转速、螺距、切向每齿进给量、偏心距和振幅对轴向力的影响规律,并初步得到工艺参数优化结论。结果表明,在超声辅助条件下CFRP/Ti叠层材料螺旋铣孔的轴向力明显减小。其他工艺参数对轴向力的影响程度大小顺序为偏心距>螺距>切向每齿进给量>振幅>主轴转速。     

基于制孔质量的CFRP/Al叠层钻扩工艺余量的分配

碳纤维/聚合物基复合材料(即碳纤维增强树脂基复合材料CFRP)是目前被广泛应用的新型材料。该材料具有各向异性的特点,在加工过程中常常出现纤维拔出、内部脱粘和分层等现象,降低加工质量和疲劳强度。本文从CFRP/Al叠层材料钻削的制孔质量出发,提出CFRP分层临界轴向力与Al出口极限毛刺高度的评判标准,并对CFRP/Al叠层钻扩铰工艺中的余量进行分配与优化。     

钛合金/CFRP叠层材料自动制孔工艺参数优化研究

针对钛合金/CFRP叠层自动制孔参数优化问题,分别对钛合金啄钻参数、转速、进给量以及复合材料转速、进给量进行优化试验。对钛合金进行啄钻参数试验,结合钛合金切屑形貌和加工效率,得出啄钻参数为0.4mm时,制孔刀具啄钻加工参数最佳。依据孔壁表面粗糙度对制孔参数进行考察,结合刀具磨损情况和制孔轴向力分析,得出刀具的制孔参数为：钛合金转速400r/min,进给量0.100mm/r, CFRP转速3000r/min,进给量0.012mm/r。结果表明,此时制孔轴向力和刀具磨损量最小,制孔质量最优。     

CFRP/Al叠层钻扩工艺轴向力分析与研究

碳纤维增强复合材料作为目前被广泛使用的复合材料之一,相对于金属材料,具有比强度高、比模量高等优点。为满足飞机轻量化的需求,碳纤维增强复合材料与铝合金材料通常以叠层件的形式被广泛应用于飞机关键部位的设计与生产过程中。由于轴向力是影响CFRP分层最主要的因素,且在实际加工过程中,轴向力与去除量之间存在映射关系,因此本文主要研究轴向力与去除量之间的函数关系,找出避免CFRP分层条件下的最大去除量,为后续CFRP/Al叠层制孔加工工艺的开发与研究提供轴向力计算模型。     

CFRP/Ti叠层材料的钻削力变化趋势及振动特性

为了研究钻削参数对CFRP/Ti叠层材料钻削力的影响及钻削过程中的振动特性,采用正交试验的方法对叠层材料进行了一体化钻削试验。采用测力仪对加工过程中的钻削力进行测量,并通过对钻削力的分析,研究了钻削过程中的振动特性。结果表明,扭矩和轴向力随主轴转速升高而减小,随进给速度的升高而增大,且进给速度对钻削力的影响强于主轴转速对其的影响。加工过程中取较高的主轴转速,较低的进给速度将保证孔的加工质量。在CFRP/Ti叠层材料加工过程中,加工至两材料接触面的位置时,存在剧烈的切削振动现象。     

加工参数对CFRP/Al叠层材料制孔质量的影响

通过对制孔轴向力、扭矩、表面质量以及孔径尺寸等制孔质量评价指标的测量,研究了加工参数(主轴转速、每齿进给量)对CFRP/Al叠层材料的制孔质量的影响规律。结果表明,提高转速与减少每转进给量可以降低CFRP的钻削轴向力与扭矩;减少每转进给量是提高CFRP孔壁质量的最有效的途径,但同时也会提高CFRP入口撕裂风险。使用高转速钻削时会降低Al板出口毛刺、避免CFRP材料缩孔现象;但是使用高转速钻削时同样会带来CFRP材料出口毛刺增加的问题。     

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。     

PCD刀具钻削CFRP轴向力的试验与仿真研究

PCD刀具广泛应用于碳纤维复合材料(CFRP)的钻削,其轴向力的变化影响制孔的质量。本文利用试验与有限元技术相结合的方法,对PCD刀具钻削CFRP的轴向力进行研究。通过试验得到主轴转速为6000r/min、进给速度为150mm/min切削参数下轴向力的值最小为126. 4N;基于DEFORM-3D建立材料的本构模型,得到在PCD刀具即将钻出CFRP板时所产生的轴向力与扭矩的值最大,并通过试验数据验证了有限元模型的正确性;应用二元二次非线性回归公式,得到轴向力的回归方程。     

GFRP旋转超声套孔加工轴向力试验研究

轴向力是反映孔加工过程和状态的最重要参数之一,对纤维增强复合材料的制孔质量有直接影响.为分析旋转超声套孔加工中轴向力随工艺参数的变化规律,基于旋转超声套孔加工中磨粒的运动学特性,建立钻削力数学预测模型,并对玻璃纤维增强复合材料进行孔加工试验研究.试验结果表明:轴向力随着主轴转速提升或进给速度降低呈现减小趋势,与钻削力数...     

碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔的轴向力研究

采用三尖形的CVD金刚石涂层钻头钻削碳纤维复合材料/铝合金叠层,对制孔轴向力进行了测量,分别探讨了转速和进给量对叠层制孔轴向力的影响。通过回归分析,建立了轴向力随工艺参数变化的经验公式。对刀具不同磨损阶段下的制孔轴向力进行了检测,得到了制孔数量和后刀面磨损量对轴向力的影响规律。     

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。     

碳纤维复合材料陀螺式制孔刀具运动分析

碳纤维复合材料(Carbon Fiber-Reinforced Plastic,CFRP)由于其优良的力学性能而被广泛应用于航空领域,但是在制孔过程中,在孔的出入口部位容易发生撕裂、分层和纤维拉出等缺陷,如何实现CFRP的高质量制孔成为工业生产中急需解决的技术难题。为此,提出了一种陀螺式制孔工艺,将铣刀倾斜一定的角度,使得铣刀在自转的同时围绕孔中心轴线做圆锥摆动式公转,并沿孔中心轴线方向进给。分析了该工艺下刀具在孔入口和出口阶段的运动特性和材料去除速度的变化情况,并通过试验研究了制孔轴向力的变化情况以及制孔质量。结果表明,与螺旋铣孔相比,陀螺式制孔在孔入口和出口阶段材料去除速度和制孔轴向力均呈现平滑变化的趋势,消除了螺旋铣孔时的突变现象,孔加工质量得到了明显改善。     

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°。