CFRP/TC4叠层材料低频振动钻削试验研究

低频振动辅助切削技术是基于传统切削给刀具加上有规律并可控的振动,从而达到减小切削力、提高加工精度和延长刀具寿命的目的。将低频振动辅助切削技术应用到CFRP/钛合金叠层材料制孔中,在孔径、孔壁粗糙度和入口质量等制孔质量方面与传统钻削进行对比试验研究。结果表明,振动钻削在制孔质量上具有明显的优势。     

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°。     

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。     

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。     

低频复合振动钻削装置

1.两种单纯振动钻削的不足之处低频振动钻削一般都是采用轴向和扭转两种振动方式。轴向振动刀具对工件易产生轴向的冲击负荷,降低了工艺稳定性,同时要求刀具的刚性要好,否则易折断。扭转振动钻削是刀具与工件不分离的一种断续切削方式,因此切削热和摩擦热都集中在刀刃附近。刀具耐用度下降,工件易产生热变形。我们在实验中发现由于各种工件的材料的切削性能不同,工艺参数也不相同;有时由于切屑的积压划伤孔的表面,严重的则使刀具断裂,又由于进给量小,使生产效率不高。在此种情况下,采用低频振动切削是一种有效的改善措施。     

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。     

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。     

枪钻低频振动钻削振动问题的研究

概述了枪钻低频振动钻削的加工原理,介绍了国内外的研究和发展状况,指出了该项技术研究所存在的问题,并对今后的研究方向作了展望。     

CFRP/Ti叠层材料低频振动辅助钻削时不同参数对刀具磨损的影响

在制备飞机蒙皮连接孔时,CFRP/Ti叠层材料物理性能差别较大,传统钻削容易导致孔径超差、内壁灼伤及出口撕裂等制孔缺陷,较长的切屑无法及时排出,使刀具磨损加剧。针对上述问题,对低频振动辅助钻削的运动学原理进行分析,了解提高制孔质量及断屑的机理。利用控制变量法进行试验,研究不同加工方式和不同加工参数对刀具磨损的影响,分析不同主轴转速、进给速度和振动对刀具磨损的影响规律及其原因,同时也分析不同加工方式对刀具寿命的影响。     

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。     

振动钻削中的振幅损失与补偿研究

振幅在控制振动钻削过程中起着重要的作用,在对振动加工的凸轮－刀具－工件系统进行分析时,充分考虑到系统的弹性因素,建立了一个相对有效的数学模型,通过解析计算及实际切削加工试验,该模型能够对振动钻削系统的振幅损失刊物估算和补偿,强化了对振动加工的自主控制 。     

振动钻削系统稳定性分析

在振动钻削断屑机理基础上建立振动钻削加工过程动力学模型,通过解析计算,总结出该模型能够对振动钻削系统的振幅损失进行估算,进而分析系统的稳定性,指出了钻削时应避免i的取值接近0或0.5和系统共振区。     

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。     

振动钻削系统的稳定性与振幅损失

分析了振动钻削时,交变切削力对钻削系统的影响：附加振动、钻头冲击和振幅损失,指出了粘削时应避免ｉ＝０．５和系统共振区。     

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。     

液压振动钻削装置的研究

低频轴向振动钻削(以下简称振动钻削),作为一种新工艺,可使麻花钻的切削性能产生飞跃,加工质量得到较大提高,且所需费用不多,已受到世界各国的普遍关注。本文是研究钻头振动式的振动装置。振动装置按振动源性质又可分为机械式、电磁式、液压式等。液压式振动器具有使用寿命长、噪声低、输出功率大、缓冲作用好等优点,是一种很有前途的振动源,因此本文设计研制了一种新型的液压振动钻削装置,并就其振动波形失真对加工的严重影响作用、振幅测定以及工艺试验效果等关键性问题进行了研究。     

振动钻削系统的稳定性与振幅损失

分析了振动钻削时, 交变切削力对钻削系统的影响： 附加振动、钻头冲击和振幅损失, 指出了钻削时应避免ｉ＝ ０５ 和系统共振区。     

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。