碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔工艺试验研究

对复合材料/铝合金叠层在不同工艺参数下使用不同刀具的制孔工艺进行了研究,探讨了工艺参数对孔径精度、表面粗糙度以及铝合金出口毛刺的影响规律。通过回归分析方法建立了制孔质量与工艺参数之间的经验关系,同时对CVD三尖钻和CVD麻花钻的制孔效果进行了对比分析。结果表明,在保证孔径精度和孔壁表面质量及抑制铝合金出口毛刺方面采用三尖钻加工叠层材料更具有优势。     

CFRP/Al叠层结构钻铰锪一体制孔切削力建模与预测技术

针对钻铰锪复合刀具一体制孔过程,构建瞬时切削力模型,为制孔切削力优化、抑制CFRP/Al叠层结构的制孔缺陷提供理论依据。将CFRP/Al叠层结构钻铰锪一体制孔过程拆分为钻削、铰削、锪窝,基于CFRP与Al的细观斜角切削模型,分别建立钻削、铰削、锪窝过程的动态切削力(轴向力与扭矩)模型。根据切削特点及所处切削状态对制孔过程进行阶段划分,利用钻削、铰削以及锪窝的切削力模型,计算出相应阶段的切削力。根据工作前角数学模型,分别建立钻削、铰削、锪窝过程的前角均值、剪切角均值和摩擦角均值的数学模型,并且给出纤维方向角关于时间的变化模型。基于接触力学理论建立横刃的切削力模型,最终形成CFRP/Al叠层结构钻铰锪一体制孔刀具的瞬时切削力的模型。最后,搭建制孔试验平台,进行钻铰锪一体制孔试验,验证瞬时切削力模型的正确性与可靠性。     

难加工材料(CFRP/Ti)叠层自适应制孔研究

CFRP/Ti在航空航天领域被广泛应用,在制孔加工中容易出现分层、劈裂、出口毛刺、刀具易损耗等问题,并且CFR P和Ti的材料加工特性差异大、加工工艺参数区间不重合,叠层制孔无法适用同一加工参数。对CFR P/Ti难加工叠层的变参数钻削控制方案、原理、自适应钻孔工艺等进行研究,开发异性难加工叠层自适应制孔功能模块。     

航空叠层材料制孔技术研究现状与发展趋势分析

为有效的减轻飞机质量和燃料成本,复合材料/金属叠层材料已广泛应用于现代飞机的高科技部件。综述了包括CFRP/铝和CFRP/钛叠层材料制孔技术的最新进展,主要涵盖了制孔加工刀具、金属切屑排除、金属材料毛刺、切削温度等方面。文献综述表明,有多种方式可改善加工品质:1)改善航空叠层材料的制孔刀具;2)有效的排除金属切屑,减少对复合材料的损伤;3)预防和减少钛合金和铝合金毛刺的形成;4)有效的冷却方式,减少复合材料的热损伤。     

飞机紧固孔超声振动精密加工技术研究

针对飞机蒙皮复合材料与钛合金叠层(简称复钛叠层)紧固件大孔传统手工多步制孔加工中存在的工艺路线长、加工质量不高、刀具寿命低等问题,开展了超声精密制孔技术的研究,提出了超声振动套-铰-锪的新工艺方法,并研制了超声振动制孔工具系统。实验结果表明,超声振动套-铰-锪新工艺方法及振动制孔工具系统可以高质、高效、低成本加工复钛叠层紧固件大孔,能满足飞机复钛叠层紧固孔精密装配的工业要求。     

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。     

玻璃纤维与钛合金叠层的装配制孔工艺技术研究

新型高温固化环氧玻璃纤维复合材料具有高强度、高模量、耐酸碱、比量轻及韧性好等优异性能,广泛应用于航空领域。针对玻璃纤维复合材料与钛合金叠层制孔加工易出现分层、劈裂、出孔面毛刺和刀具易受损等问题,对新型玻璃纤维叠层材料的制孔工艺方案及刀具选择等进行了研究。基于玻璃纤维复合材料与钛合金叠层制孔加工性能的研究,通过对普通钻头、三尖两刃钻头及斜刃匕首钻制孔优势的试验及理论分析,制造了直刃匕首钻,并提出了逐层加工的工艺方法,有效解决了传统钛合金与复合材料叠层制孔出现的问题。     

复合叠层材料制孔过叠层阶段声发射分析

复合叠层材料钻孔加工时,伴随着刀具的磨损,会产生丰富的声发射信号。刀具在加工叠层材料接触面时会引起声发射信号突变,为研究该过程信号的突变规律,采用硬质合金钻头与碳纤维复合材料-铝合金叠层板件开展了一系列实验,采集制孔过程中刀具的声发射信号,对信号进行了时频域多分辨率分析。研究表明,在刀具从复合材料加工至铝合金过程中,信号强度逐渐降低,高频段成份逐渐增加。     

航空薄壁件制孔毛刺生长控制工艺研究

针对典型的航空铝合金薄壁件,分析其制孔毛刺生长机理,指出钻削轴向力是影响毛刺生成的关键因素,进而对制孔加工区域进行细分,提出了一种通过控制进给量的分层进给制孔工艺,以优化控制毛刺形态及尺寸。设计的制孔工艺试验结果表明:与传统制孔工艺相比,分层进给制孔工艺能有效抑制毛刺形成,控制毛刺生长,显著提高制孔质量。     

CFRP/Ti叠层材料低频振动制孔实验研究

CFRP/Ti叠层材料在一体化制孔过程中容易出现钻削力大、加工温度高等情况,造成复合材料分层、撕裂和制孔精度降低等问题。基于低频振动制孔技术进行加工参数优化实验,分析了低频振动制孔缺陷产生机理,得到了优化的加工参数。根据所得加工参数,进行了低频振动制孔与传统钻削制孔的对比实验。实验结果表明,在所得优化加工参数下,使用低频振动制孔工艺能够有效减少刀具磨损,提高叠层材料制孔质量。     

复合锪钻的设计与制造

复合锪钻如图1所示。它是一刀多刃加工内孔的刀具。近年来多见于航空、航天和机械工业。复合锪钻是高效率刀具之一。它可以在钻床、卧式车床和自动组合机床上,加工钢、铸铁、有色金属及其合金。它可以加工φ5-φ50mmH8级精度的孔。表面粗糙度值Ra=1．6μm,相对部位的同轴度可达0．01～0．02mm。复合锪钻可作精加工刀具,也可作复合铰刀铰孔前的半精加工刀具。     

复材异质叠层半自动制孔工艺参数研究

飞机承力部件采用大量的复合材料及难加工金属异质叠层结构,针对复材异质叠层在制孔过程中易出现烧蚀、孔壁划伤、出孔面质量缺陷以及制孔效率低、刀具寿命短等问题,采用EDU进行半自动制孔工艺参数切削试验,利用电流作为轴向力和扭矩的间接测量手段,对制孔过程中的重要表征量钻削力进行监测,判断制孔过程转速和进给量所反映的加工状态,为复材异质叠层制孔时线速度的选取提供依据,同时满足复材异质叠层的加工质量要求。     

CFRP/Ti叠层材料螺旋铣孔与钻孔的刀具磨损对比与分析

针对螺旋铣孔与传统钻孔刀具磨损的问题,对CFRP/Ti叠层材料进行螺旋铣孔与传统钻孔试验。在相同加工效率及切削速度的基础上,对两种工艺加工孔的切削力及刀具后刀面磨损长度进行了测量。结果表明:制孔过程中,螺旋铣削制孔的切削力明显小于钻削制孔的切削力;加工过程中,螺旋铣削制孔的切削力比钻削制孔的切削力更加平缓;同等参数条件下,螺旋铣削加工到24孔时刀具失效,传统钻削加工到18孔时刀具失效;螺旋铣削制孔的刀具比钻削制孔的刀具更加耐磨,加工孔数更多。     

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及叠层结构螺旋铣孔专用刀具切削性能评价

碳纤维增强复合材料(CFRP)及由钛合金Ti-6Al-4V和CFRP组成的金属复合材料叠层结构广泛应用于现代航空工业。大型客机结构件之间主要通过铆接和高锁螺栓连接,根据波音与空客公司发布的数据显示,最新一代B787与A380上装配孔的数量已超百万,装配过程中的制孔效率与质量直接决定了客机整体装配效率及关键结构件的疲劳寿命,从而间接影响了客机的生产成本以及飞行可靠性。随着飞机数字化装配的快速发展,传统的钻孔工艺会产生很多加工缺陷,工序复杂,加工孔质量不能满足要求,因此,有必要优化制孔工艺,设计新型专用刀具。本文通过研究螺旋铣孔运动学特性,分析螺旋铣孔的工艺特点,设计了一种新型螺旋铣孔专用刀具,并以加工过程的轴向切削力、出入口加工质量以及刀具磨损为评价指标,验证该新型专用刀具的切削性能。结果表明,专用刀具在干切削条件下能够实现复材孔无分层、钛合金孔无毛刺加工,大幅提高刀具寿命,解决了传统立铣刀对CFRP及CFRP/钛合金叠层结构进行螺旋铣孔时刀具寿命低、加工质量差等问题。     

CFRP/Al叠层材料分层变参数制孔工艺研究

CFRP/Al叠层材料各组分的材料力学性能迥异,采用传统的基于单组分材料制孔加工方法极易出现孔口孔径超大、孔口毛刺、孔壁表面损伤等加工缺陷。因此在深孔啄钻加工工艺的基础上,提出一种分层变参数的加工工艺,并与两种啄钻方案进行实验对比研究,从切削断屑效果、制孔质量两个维度分析可得：分层变参数的加工工艺对控制切屑形态和抑制制孔缺陷具有一定优势。     

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。     

新型锪钻

在金属切削加工中,成形锥孔、沉头螺钉孔、沉头铆钉孔的加工占有较大的比重,需要使用各种锥孔锪钻。锥孔锪钻的标准化低,设计资料短缺,刀具结构和参数大多着眼于黑色金属,对于有色金属和工程塑料则很少顾及。下面介绍几种新型锥孔锪钻,具有结构新颖,制造简单,切削轻快,排屑方便等特点,尤适宜于在有色金属上锪孔。图1所示是一种结构新颖的锪钻,它是在圆锥体上加工出一个倾斜的圆柱孔,过圆柱孔中心一边之半圆     

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。     

弱刚性薄壁件制孔工艺的对比研究

由于铝合金薄壁件刚性弱,采用常规麻花钻制孔易造成薄壁件变形,导致孔的尺寸精度差及孔壁出口质量低。通过理论分析常规麻花钻制孔时产生孔形变和出口毛刺的原因,提出适用于弱刚性薄壁件的套料钻制孔工艺;采用有限元方法仿真模拟套料钻制孔工艺对孔尺寸精度及表面质量的提升情况,与麻花钻制孔工艺对比并进行实验验证。实验结果表明,针对铝合金薄壁结构件,在相同加工条件下,套料钻制孔工艺相比常规麻花钻制孔工艺具备更高的制孔尺寸精度和更优的孔壁出口质量。