CFRP/Al叠层结构制孔缺陷的有限元仿真

应用Abaqus有限元仿真软件,建立了CFRP/Al钻削有限元仿真模型,对CFRP/Al钻孔过程中碳纤维复合材料的撕裂、分层损伤及毛刺的特征和形成机理进行了仿真研究,并进一步分析了切削速度、进给量对CFRP/Al叠层结构制孔缺陷的影响规律。结果表明:麻花钻横刃对碳纤维的拉伸作用是造成撕裂的主要原因;毛刺主要产生在纤维被切削时处于拉伸状态的区域,铝合金切屑对CFRP的划伤也是毛刺形成的原因之一;在CFRP/Al叠层结构制孔缺陷中分层损伤最显著,进给量和切削速度对出入口分层损伤成正相关且对入口处分层影响更大;在这种叠层结构中,铝合金板的支撑作用有效减小了碳纤维复合材料层出口的分层损伤。     

Al2O3f+Cf/ZL109混杂复合材料钻削加工性的研究

利用挤压铸造法制备了Al₂O_3f+C_f/ZL109短纤维混杂金属基复合材料,并进行了钻削加工试验研究。考察了Al₂O₃短纤维和C短纤维含量、纤维位向、钻削速度及进给量对钻削力、刀具磨损和钻削精度的影响,并进行了分析。结果表明:以刀具磨损作为衡量标准,该混杂复合材料的钻削加工性次于基体合金。      

超细颗粒增强铝复合材料钻削特性研究

通过超细颗粒增强铝复合材料钻孔试验，找出了钻削用量等因素对钻削力的影响规律，并用轴向力与扭矩之比值来表示铝复合材料的钻削特性；从钻削力考虑，高速钢钻头完全能满足超细颗粒（＜0．5μm)增强铝复合材料的钻孔要求。     

基于复合材料钻削缺陷容差值的工艺参数优化

为实现复合材料层合板在一定钻削缺陷容差值内的工艺参数优化,首先利用SEM对复合材料的组织结构进行测试分析,获得了复合材料层合板的截面形貌和特征尺寸。然后进行钻削加工正交实验,测试了不同加工参数下的钻削轴向力和扭矩,对钻孔过程中产生的分层、撕裂和孔壁圆度误差等缺陷进行测量,分析了缺陷产生的机制,并对测量结果进行非线性拟合得到缺陷的变化规律。通过建立钻削缺陷与轴向力及扭矩偏差的关系,获得了轴向力和扭矩偏差的临界范围。最后以钻头的主轴转速、每转进给量及钻头结构参数中的横刃偏心系数为决策变量,以获得最大材料去除率为优化目标,以钻削缺陷容差值为约束条件,建立了复合材料钻削加工的参数优化模型。 使用MATLAB软件进行工艺参数优化,在保证复合材料钻削质量的前提下,得到了能够实现最大生产效率的钻削参数。     

硬质合金台阶钻结构参数及钻削工艺参数对CFRP开孔性能的影响

基于VMC850B立式加工中心和UltraPAC超声C-扫描仪,搭建了碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)钻削试验平台,探讨了台阶钻结构参数及钻削工艺参数对CFRP钻削过程中的钻削轴向力和分层因子的影响。结果表明,钻削工艺参数对第一段钻削轴向力影响较大,台阶钻结构参数对第二段钻削轴向力的影响较大;分层因子的大小与第一段钻削轴向力和第二段钻削轴向力有关,当第一段和第二段直径比d/D0.5时,分层因子主要与第一段钻削轴向力有关;减小分层的优水平组合为第一段直径2.8mm,第二段锋角95°,主轴转速7000r/min,进给速度2.5mm/s。     

考虑刀具磨损影响的CFRP复合材料钻削轴向力预测

在碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料钻削过程中,随着刀具磨损量的累积,轴向力会逐渐增加,轴向力过大会导致CFRP复合材料一系列的加工缺陷。为实现在CFRP复合材料钻削过程中随刀具磨损量的累积轴向力变化的有限元分析及预测,建立了CFRP复合材料钻削仿真模型,通过对ABAQUS仿真软件二次开发,利用Python语言开发子程序,将考虑磨损量累积的轴向力预测模型导入仿真软件,运用ABAQUS软件对CFRP复合材料钻削中轴向力进行研究,实现了随着刀具磨损量累积轴向力变化的预测功能。随后通过CFRP复合材料钻削试验,分析了轴向力随钻削孔数的变化规律,以验证轴向力的预测结果。结果表明:3D钻削有限元模型能够良好地预测实际加工过程中刀具未磨损时轴向力的大小,其误差为9.10%;在考虑磨损量累积后,轴向力预测模型能够较准确地预测实际加工过程轴向力的大小,其最大误差不超过10%。      

铝合金薄壁框架件加工变形的应力分布研究

7075航空铝合金薄壁框架件加工变形的预测是构件形变控制领域的技术难题,掌握铝合金薄壁框架件上的加工应力分布对预测构件变形有着重要的作用.本文运用弹性力学理论,在实验基础上,利用层削法和X射线衍射应力测试技术,建立了薄壁框架件的应力与弯曲变形的力学模型.模型反映了加工应力和初始应力对构件实际变形的影响机制,在此基础上,再通过数学解析方法,以这两种应力场分布为主变量,构建了薄壁框架构件应力与变形的函数,完成了对构件最大变形挠度的计算.通过比较实验所测构件变形值与计算得到的变形结果发现:构件实际测量最大变形量基本处于数学解析函数计算变形区间内,数据偏差在20~50μm.研究结果表明:在已知初始应力、结构尺寸、加工参数条件下,解析函数能有效地预测出薄壁框架件加工后的变形,可为薄壁构件加工变形控制提供工艺指导.     

SLM成形薄壁件尺寸偏差预测与控制研究

目的 针对选区激光熔化成形薄壁件过程中存在的变形较大、精度低等问题,通过获得最优工艺参数区间来减小薄壁件的变形。方法 利用有限元软件分析薄壁件成形过程中温度场和应力场的演化规律;建立形变量预测模型并进行试验验证,研究工艺参数对薄壁件尺寸偏差的影响,得到激光功率、扫描速度与形变量之间的关系,实现对形变量的预测和控制。结果 随着扫描层数的增加,熔池的最高温度和热影响区也随之增大,等温线越密集,温度梯度越大,最终趋于稳定;薄壁件成形过程中,出现两侧壁边缘向内倾斜、上侧边缘出现内凹的现象,薄壁件的最大应力随层数的增加而减小,最大热应力主要分布在薄壁件底层的两端;形变量随激光功率的增大而增大,随扫描速度的增大而减小,薄壁件的形变量最小约为0.02 mm;试验验证所建立的数学模型误差在10%左右,误差较小,可以对形变量进行良好的预测和控制。结论 激光功率100～200 W、扫描速度800～1 000 mm/s为最优参数区间;降低能量密度可以有效降低薄壁件形变量,提高其精度。     

灰铸铁和球墨铸铁前托架钻削性能评价

从导热系数、铁屑形貌、钻孔内表面粗糙度、钻头顶部温度、钻削负载(扭矩、进给力)等方面,评价了QT450和HT250材质拖拉机前托架的钻削性能,并分析了钻削性能与微观组织的关系。结果表明,对HT250和QT450前托架钻削加工时,两者钻削负载没有明显差别;与HT250相比,QT450的石墨对基体的分割作用小,其基体组织中较多的铁素体,造成钻削加工时断屑和排屑困难,导致钻孔内表面粗糙度大;QT450导热系数低、铁屑与钻头摩擦严重,使得钻头温度较高;QT450有较小的切削力和铁屑对钻头较大的摩擦力,在这2个力作用下,QT450钻削负载与HT250基本相同。     

CFRP管面钻削缺陷形成机制

碳纤维增强复合材料(CFRP)传动轴因性能优越广泛应用于汽车、航空航天、船舶、冷却塔风机等轻量化领域,但其钻削过程中容易出现毛刺、分层等缺陷。为了揭示CFRP管面钻削缺陷形成机制,选择双锋角钻头和三尖二刃钻对CFRP管面钻孔,利用分步钻削盲孔和通孔的方法,分析了损伤部位的受力情况,揭示了入口撕裂、出口毛刺和分层产生原因。根据实验结果,发现双锋角钻头钻孔时入口撕裂损伤较大,损伤位置在钻头与管面接触最低点,且主要是那部分水平缠绕CFRP管的纤维,原因是水平缠绕的纤维屈曲变形最大,对切削力更加敏感。双锋角钻头和三尖二刃钻的横刃对孔最终出口分层没有影响,主切削刃的切削行为决定孔最终出口分层。相同钻头钻孔时,轴向力不是唯一影响分层因子的因素,还需考虑切削热。相比双锋角钻头,三尖二刃钻因锋利的外缘尖角能有效划断纤维,使出口分层较小。     

300M超高强度钢车削加工性能仿真模拟分析研究

目的研究不同切削参数对300M超高强度钢切削性能的影响。方法通过单因素试验法,采用Advant Edge切削仿真软件,建立300M钢三维有限元模型,对不同切削参数下车削300M钢的切削力、刀片温度、刀片应力及切屑形状进行分析。结果在300M钢车削过程中,刀片温度随着切削速度增大而增大,但切削力和刀片应力反之;背吃刀量和进给量越小,切削力、刀片应力及刀片温度越小;切削刃半径越小,切削力越小,但小的切削刃半径使得刀片应力变大,容易导致刀片磨损。车削300M钢的切屑呈锯齿螺旋状,切屑温度为带状分布,切削速度越高,进给量、背吃刀量越大,切削刃半径越小,切屑温度越高。结论在300M钢车削加工中,应选用较高的切削速度,适中的切削刃半径,较小的进给量和背吃刀量。     

基于CFRP层合板钻削轴向力时变曲线的钻头几何形状分析

为探索能够实现碳纤维增强复合材料（CFRP）层合板低损制孔的钻头几何形状,采用4种不同几何形状的钻头,对T800级CFRP层合板进行钻孔实验研究,分析了钻头几何形状对钻削轴向力的影响,探讨了钻削轴向力与分层损伤之间的关系。结果表明:轴向力归零速度与出口分层因子有较好的正相关性,可采用钻削轴向力归零速度来表征钻头几何形状对CFRP层合板钻孔的适用性能。同时,实验发现切削区域具有多阶段几何特征的钻头,在钻出工件底部时轴向力是分阶段缓慢归零,出口分层因子较小。      

热熔钻钻孔成型在空调管路件中的应用研究

为了实现简便快速、经济有效的薄壁工件联接,分厂开发出了一种无屑钻孔技术——热熔钻钻孔成型,应用于空调件管路件薄壁钻孔成型。它可通过一次性加工,在实现无屑钻孔的同时,利用加工部位的材料(紫铜)形成支承衬套。同时,工件表面形成一个凸环。紫铜相关管路件在钻孔成型的过程中存在凸环工艺要求,同步要求钻孔表面无毛刺铜屑,热熔钻钻孔技术能够完美实现以上三种工艺要求。它在空调件中的应用,使传统的紫铜薄壁工件联接孔位加工方式发生了根本变革。     

SiCp/Al复合材料薄壁回转体变形的仿真分析

运用有限元仿真软件ABAQUS对体积分数为56%的SiCp/Al复合材料薄壁回转体在静载荷作用下的应力、变形及应变进行了仿真研究,研究了载荷施加位置、外径和壁厚对SiCp/Al复合材料圆筒薄壁件的应力、变形及应变的影响规律。结果表明:在其他条件一致的情况下,回转体的外径越小、壁厚越大、受力点距离施加全约束的一端越近,回转体受到外载荷引起的最大应力、最大变形及最大应变越小。薄壁回转体工件的壁厚对工件最大应力、最大变形及最大应变的影响最为显著。当壁厚增加到1mm以上时,最大应力、最大变形及最大应变的变化不明显。     

碳纤维复合材料构件加工缺陷与高效加工对策

碳纤维复合材料钻削加工时易产生分层、毛刺、撕裂等缺陷,是典型的难加工材料。本文以碳纤维增强/树脂基复合材料为研究对象,观察钻孔缺陷形成过程,建立单丝切削模型分析缺陷形成原因;讨论了轴向力对缺陷的影响规律。结论如下:纤维方向对缺陷形成有重要的影响,轴向力增大分层与撕裂缺陷相应增大;以磨代钻加工工艺、新型PCD刀具和螺旋面钻头对于提高碳纤维复合材料钻孔质量都有很大提高。     

纵向超声振动钻削CFRP/钛合金叠层材料的动态冲击效应分析

为了研究纵向超声振动钻削CFRP/钛合金叠层板的动态冲击效应,将钻头视为一端固定、一端自由的等直径弹性直杆,把刀具-工件系统简化为以超声振动为激励的基础振动系统,建立动力学模型,并通过钻削试验验证了模型的可靠性和实用性。研究结果表明,超声振动产生的动态冲击力幅值,取决于钻头的几何参数和悬伸长度、超声振动的振幅和频率,以及被加工材料的力学特性,与钻削用量(每转进给量和主轴转速)无关;动态冲击力幅值的大小与超声振动的振幅成线性关系,超声振动频率的影响较为微弱;动态冲击力幅值的大小与钻头直径近似为线性关系,与钻头的悬伸长度成非线性关系;超声振动的振幅增大,或钻头直径和悬伸长度增大,都会使动态冲击力幅值增加;加工中的实际动态冲击力的大小与被加工材料的弹性模量和刚性有关,弹性模量和刚性高时,实际动态冲击力也大。这种研究方法和结论对超声振动钻削冲击效应的定量分析和超声振动钻削技术的推广应用提供了参考。     

2219铝合金薄壁曲面件拉形过程变形均匀性EI北大核心CSCD

为改善2219铝合金薄壁拉形曲面件的变形均匀性,建立基于Hill 1990各向异性屈服准则的有限元模型,利用ABAQUS软件对曲面件的应变分布规律进行数值模拟,分析加载路径和板坯形状对拉形变形均匀性的影响规律。结果表明:加载路径和板坯形状对曲面件的变形均匀性有较大影响。采用折线路径,开始加载时使板材发生压缩失稳从而形成一定拱形,不仅可缓解左侧钳口附近的破裂倾向,还可增加曲面件右侧变形量,从而提高其变形均匀性。此外,减小变形量不足位置对应的板坯宽度,如采用中间窄板坯或左侧宽板坯,使其在拉形时所受应力增加,从而提高其变形量,也可实现变形均匀性的改善。最终,利用矩形板坯,经两次转折的实验路径进行拉形,获得了表面质量良好的高性能2219铝合金薄壁曲面件。     

Al2O3f+Cf/ZL109混杂复合材料的复合振动钻削加工

用挤压铸造法制备了三氧化二铝短纤维和碳短纤维混杂增强ZL109合金复合材料,并采用永磁复合激振方式进行了轴向与扭转复合振动钻削加工,研究了该材料的钻削加工性及振幅和振动频率对钻削力、钻头磨损和孔精度的影响.结果表明,采用这种复合振动钻削方式,可更明显降低钻削力和提高加工精度.选择合理的振动参数,也可以减轻刀具磨损,因而可改善Al2O3f Cf/ZL109混杂复合材料的钻削加工性.     

Al2O3f＋Cr／ZL109混杂复合材料的复合振动钻削加工

用挤压铸造法制备了三氧化二铝短纤维和碳短纤维混杂增强ZL109合金复合材料、并采用永磁复合激振方式进行了轴向与扭转复合振动钻削加工，研究了该材料的钻削加工性及振幅和振动频率对钻削力、钻头磨损和孔精度的影响。结果表明。采用这种复合振动钻削方式．可更明显降低钻削力和提高加工精度。选择合理的振动参数。也可以减轻刀具磨损，因而可改善Al2I3f Cf／ZL109混杂复合材料的钻削加工性。     

WD-200镗床电气系统的改造

WD-200镗床是60年代初期由苏联引进的重型机床,主轴直径200MM,最大镗孔深度1800MM,该机床适用于钻孔、扩孔、取芯钻(用空心钻钻削)及铰孔,以及进行平面加工,铣削平面、帽和进行线切割(螺纹加工),担负着我公司大件加工的生产任务。本文论述了对这一机床的电气系统进行改造的过程。