高强度型T800S/250F CFRP的制孔缺陷研究

为了研究T800S/250F CFRP的制孔缺陷,采用CVD涂层麻花钻和CVD涂层匕首钻进行了钻削实验.结果表明:进给率(f)的增大将加剧制孔表面的毛刺缺陷和分层损伤;高速、低进给钻削能够有效地提高制孔出口表面质量,减小毛刺缺陷和分层损伤;与CVD涂层麻花钻相比,CVD涂层匕首钻能够获得更小的制孔表面缺陷(毛刺和分层损伤),具有更优异的制孔性能,更适合高强度型T800S/250F的钻削加工.     

碳纤维增强复合材料纵扭复合超声振动钻削试验

碳纤维增强复合材料(CFRP)以其优越的性能被广泛应用于航空航天领域,然而其作为典型难加工材料,采用传统钻削加工时极易出现毛刺、撕裂、分层及加工表面质量差等现象,严重制约了CFRP的应用。采用纵扭复合超声振动钻削和普通钻削两种钻削方式加工CFRP板材,对比了两种钻削方式下的轴向力、扭矩及钻孔质量,研究了单向型和编织型CFRP板材的钻削轴向力特性,分析了转速、进给速度对钻削轴向力的影响规律。试验表明:纵扭复合超声振动辅助钻削可以更加有效切削CFRP,降低轴向力和扭矩,降低撕裂因子,抑制分层现象;钻削轴向力随着进给速度提高而增大,随着钻速的提高而降低,且当Vc/Vf增大时,钻削轴向力随之下降,试验拟合得到轴向力经验公式。     

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。     

CFRP制孔加工缺陷及制孔技术的研究进展

碳纤维增强复合材料(CFRP)已在航空航天飞机上得到了大量应用.在CFRP结构件的装配连接中,需要进行大量的制孔加工.但在CFRP制孔中极易产生毛刺、分层等制孔缺陷,严重影响制孔质量和构件使用性能,尤其是分层制孔缺陷是造成构件报废失效的主要原因.针对分层制孔缺陷的研究现状,重点阐述制孔缺陷的形成机制及制孔缺陷的评价方法...     

基于横刃轴向力的CFRP钻孔分层临界进给量研究

为避免或减少钻削出口分层缺陷,控制钻削轴向力不超过出口分层临界轴向力具有重要的实际意义.将钻头横刃上的轴向力分为两部分,其一是横刃前刀面与碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymers,CFRP)之间作用力的轴向分量,其二是横刃圆弧与CFRP接触力的轴向分量.基于复合材料的细观力学...     

碳纤维复合材料(CFRP)钻孔出口缺陷的研究

对碳纤维复合材料(CFRP)钻孔出口的缺陷进行了试验研究,对其典型形式进行了模型总结,指出孔出口缺陷由撕裂和毛边两部分组成,其中撕裂比毛边的尺寸大。撕裂的形成过程包括两个作用阶段即横刃作用阶段和主切削刃作用阶段,其中横刃作用在撕裂形成中占主导成份。毛边缺陷通常出现在表层纤维被“顺向”切削的孔边缘部分。另外,以孔出口两侧撕裂长度平均值作为撕裂评价参数,在总结钻削试验结果的基础上探讨了钻削参数变化对撕裂大小的影响。指出随着进给速度、进给量、钻头直径和轴向力等因素的增大,撕裂缺陷将变得严重;钻头转速的增大将使撕裂值变小;将切削速度与进给速度比值控制在3000-4000以下,可以有效地减小撕裂值。     

切削用量对CFRP镗削出口分层及轴向力的影响

针对镗削CFRP层合板孔出口常出现分层缺陷的问题,建立CFRP层合板镗削有限元模型,设计响应曲面实验,分析背吃刀量、切削速度和进给量对CFRP层合板镗削过程中分层损伤及轴向力的影响,并建立CFRP镗削轴向力的响应曲面预测模型。结果表明,镗削轴向力随背吃刀量、切削速度和进给量的增大而增大,且背吃刀量的影响更显著;背吃刀量、进给量与出口分层损伤呈正相关;切削速度增大至27m/min后,出口分层因子基本不变。     

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影响分析

碳纤维复合材料(CFRP)的结构特点和特殊的物理性质,如各向异性、各向不均匀性和高比强度、高比硬度等,使其加工方式不同于金属加工。采用不同工艺参数及刀具几何参数对碳纤维复合材料进行钻削,分析出口和入口侧的撕裂分层影响,发现出口侧的撕裂情况优于入口侧的撕裂,各因素对出口侧和入口侧撕裂的显著性有所不同。     

基于最大轴向力的Kevlar复合材料分层缺陷预测

针对Kevlar复合材料纤维韧性足和剪切强度大的特点,分析切削过程的抗力来源,将钻削过程简化为同时切削多根Kevlar纤维并发生剪切破坏的力学模型,在瞬时切削速度方向和纤维方向所形成的平面上进行二维正交切削分析,建立最大轴向力预测模型;根据复合材料的分层缺陷机理,计算分层临界轴向力;设计单因素加工参数试验,并使用水浸超声检测设备检测分层缺陷。试验结果表明:预测最大轴向力大于分层临界轴向力时,发生分层缺陷的比例达到78%;预测最大轴向力小于分层临界轴向力时,均没有发生分层缺陷。     

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。     

Experimental characterization and finite element modeling of critical thrust force in cfrp drilling

Composite laminates are used in many applications in ae-rospace/defense industries due to their high strength-to-weight ratio and corrosion resistance properties. In general, composite materials are hard-to-machine materials which exhibit low drilling efficiency and drilling-induced delamination damage at exit. Hence, it is important to understand the drilling processes for composite materials. This article presents a comprehensive study involving experimental characterization of drilling process to understand the cutting mechanism and relative effect of cutting parameters on delamination during drilling of carbon fiber reinforced plastic (CFRP). Thrust force and torque data are acquired for analyzing the cutting mechanism, initiation and propagation of delamination, and identification of critical thrust force below which no damage occurs. An FE model for prediction of critical thrust force has been developed and validated with experimental results. A [0/90] composite laminate is modeled simulating the last two plies in exit condition and a thin interface layer is inserted in between the plies to capture delamination extent. The tool geometry is modeled as “rigid body” with geometric features of twist drill used in experiments. The tool is indented on the workpiece to simulated tool feeding action into the workpiece. The FE model predicts the critical thrust force within 5% of the experimentally determined mean value.     

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。     

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CFRP切削过程仿真的面下损伤形成分析

由于碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)宏观上呈现非均质、各向异性,细观上表现为纤维和树脂的特殊混合形态,导致其制件加工过程中极易产生分层、开裂等损伤,严重影响其制件的加工精度及承载性能。研究CFPR加工损伤产生机理并以此降低加工损伤是提高其加工质量的关键。基于宏观各向异性本构、Hashin失效起始准则及损伤演化,建立了可实现任意纤维角度单向板连续动态切削过程仿真分析的直角切削有限元模型,分析了任意纤维角度CFRP单向板连续切削过程面下损伤,得到了纤维角度、切削参数、刀具结构对面下损伤深度的影响规律。具体结果:纤维角度为影响面下损伤的主要因素,随纤维角度增大,切削力增大同时面下损伤深度也明显增加;面下损伤的主要原因为切削力过大导致的基体破坏及扩展;对于135°单向板面下损伤深度随刀具前角增大呈先增大后减小的趋势。     

磨料水射流切割碳纤维复合材料的表面粗糙度试验

采用超高压磨料水射流技术对碳纤维复合材料进行切割试验,借助μscan激光共聚焦显微镜重构样品切口的三维表面,测得样品切口表面粗糙度;研究了扫描分辨率对表面粗糙度测量的影响,以及切割速度、样品厚度对样品切口表面粗糙度的影响规律。试验结果表明：扫描分辨率对表面粗糙度的测量无明显的影响;当切割深度较小（0~0.6 mm）时,即在切口入口处,表面粗糙度随切割深度的增大而减小,当切割深度较大（大于0.6 mm）时,表面粗糙度随切割深度的增大而增大;当样品厚度一定时,随着切割速度的增大,切口最大表面粗糙度在整体趋势上是增大的,而样品厚度的大小对表面粗糙度的影响并无明显的规律。     

涂层刀具高速铣削碳纤维复合材料的铣削力研究

由于碳纤维复合材料(CFRP)的各向异性,纤维的铺层方向对其整体性能有重要的影响。本文采用斜角自由切削方法对具有12种不同纤维方向的T800、T700和T300碳纤维复合材料的切削力进行了试验研究,得出了CFRP单向层合板在不同基体类型和不同纤维方向下切削力的变化规律,并分析了纤维结构对切削力的影响机理。结果表明:基体类型对切削力的影响均匀稳定,无方向性;纤维方向对切削力的影响具有显著的方向性,对切削力影响的强弱关系为F_XF_ZF_Y。     

碳纤维复合材料超声辅助钻削加工孔质量研究

碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)因其是编织材料,具有各向异性、强度高等特点,其加工难度大,加工质量较差.针对这一现状,采用电镀金刚石套料钻,对CFRP开展了超声辅助钻削与普通钻削对比实验,通过出入口质量、内壁形貌分析,研究了超声振动作用对孔出入口、内壁质量...