碳纤维复合材料钻削加工分层缺陷研究进展

碳纤维复合材料(CFRP)因良好的性能被广泛应用于诸多领域,但它本身所特有的层间结构易导致在钻削加工过程中产生缺陷。分层缺陷是钻削加工过程中产生的主要缺陷之一,对复合材料结构件的承载能力和疲劳强度有很大影响。本文主要从分层缺陷的产生机理、影响因素和检测等方面对国内外目前的研究现状进行综述,并分析了未来的研究发展趋势。     

碳纤维复合材料的钻削加工

文章对国内外研究碳纤维复合材料（ＣＦＲＰ）的钻削加工技术的最新成果作了概述介绍,对钻削ＣＦＲＰ材料时的分层、撕裂等孔加工缺陷进行了分类和简单分析,并指出了提高钻孔质量的关键因素和方法。     

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。     

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。     

金刚石涂层钻头钻削碳纤维增强复合材料钻削力和撕裂预测

通过全面实验进行了金刚石涂层钻头钻削T300和T800碳纤维增强复合材料的研究,并用测力仪系统和超景深显微镜对钻削力和出口撕裂进行了测试与观察。运用指数公式模型对钻削力实验结果进行了回归分析,得到了T300和T800钻削力与转速以及进给量的之间关系式,并对该方程进行了检验,验证误差值均小于6%;建立了出口撕裂因子与钻削力的关系;T800碳纤维增强复合材料的轴向力与撕裂因子呈负线性关系,T300的轴向力与撕裂因子呈正线性关系。     

涂层钻头钻削碳纤维复合材料的轴向力研究

不同刀具材料对碳纤维复合材料的加工有较大的影响。通过合理选择钻头的基体材料和涂层材料,基于正交试验综合分析不同涂层材料、主轴转速及进给速度对钻削轴向力的影响。试验结果表明,涂层材料对轴向力的影响最大,涂层钻头的钻削轴向力比无涂层YG6X钻头小很多,类金刚石涂层(DLC)钻头最小。TiAlN和TiCN涂层钻头都有不同程度的磨损,DLC钻头的耐磨性和加工质量都远远高于其他涂层。     

碳纤维复合材料高速钻削实验研究

研究了硬质合金钎焊金刚石钻头高速钻削碳纤维复合材料时钻削力、扭矩的变化规律,得到了进给量、切削速度对钻削力和扭矩的影响规律。对钻削力和扭矩实验结果进行了回归分析得到了钻削力和扭矩的指数公式。     

高速钻削碳纤维复合材料轴向力的非线性回归分析

针对高速钻削碳纤维复合材料的轴向力问题,采用φ5.0 mm的硬质合金麻花钻钻头进行了试验研究。得到转速n和进给速度vf在9 000 r/min≤n≤19 000 r/min和40 mm/min≤vf≤130mm/min范围内成立的二元非线性回归公式的2种形式Fz=Fz(vf,n)和Fz=Fz(f,n)。还给出固定其中任何1个自变量,约化出的一系列一元函数公式的曲线,并从中总结出4点唯象规律。     

PCD钻头钻削碳纤维增强复合材料的切削力研究

利用PCD钻头对碳纤维复合材料钻削力进行试验研究。通过单因素试验的方法得到切削参数对切削力的影响规律;通过多元线性回归得到钻削轴向力的经验公式,应用SPSS软件对经验公式进行方差分析;对经验公式进行显著性检验,回归方程非常显著,回归模型可以为钻削轴向力提供预测。     

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...     

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。     

平纹编织CFRP制孔分层形成机制的热-力学理论建模及试验分析

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics, CFRP)在航空航天领域获得了广泛应用,但由于各向异性和层间连接较差等特点,钻削过程中极易出现分层缺陷,严重影响构件的使用性能。为分析钻削温度对平纹编织CFRP制孔缺陷的影响机制,基于弹性地基梁理论、黏聚力学模型和热力学理论,建立了新钻型钻削平纹编织CFRP制孔分层形成的理论模型。结果表明：当新钻型多刃尖(Ⅲ)钻削孔边缘的最表层材料时,钻削温度达到最大值,对最终分层的形成最为关键;钻削温度和制孔分层随着主轴转速的增大而逐渐降低,随着进给速度的增大而逐渐升高。当纤维角度(θ)在0°/90°/180°/270°附近时,层间分层的临界轴向力达到最大值,分层相对较大,当纤维角度(θ)在45°/135°/225°/315°附近时,临界轴向力最小,分层并非极大。因此,临界力的大小只能反映产生分层缺陷的难易程度,不能决定分层的最终形状和大小。考虑温度影响时的制孔分层形态预测与试验观测基本吻合,而不考虑温度影响下所获得的预测值总体上偏小。此外,平纹编织CFRP分层形状基本呈近似圆形。     

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。     

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。     

一种螺旋刃球头铣刀的高速加工铣削力模型

研究了高速加工中球头铣刀的铣削力特性。通过综合运用理论建模法和经验系数法,并引入高速切削时引起切屑动量改变所需的作用力,建立了高速切削条件下球头铣刀的铣削力模型。实验验证结果表明,理论计算值与实验测量值吻合良好。     

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.     

高速切削钢材时的切削力试验研究

本文在高速车削的试验基础上，研究高速车削时切削速度对切削力的影响，结果表明，在切削速度较低情况下，切削力随切削速度的增加而增大，但达到某一临界速度后，随着切削速度继续增大，切削力下降，不同刀具材料与工件材料的匹配在不同切削条件下有不同的临界速度。     

钻削GH4169高温合金薄壁件钻削力仿真研究

GH4169高温合金的薄壁钻孔与厚壁钻孔相比有特殊性,运用ABAQUS软件进行钻削GH4169高温合金薄壁件的仿真,研究钻削加工过程中钻削参数和工件厚度对钻削力的影响规律及变化特征,分析应力的分布规律。结果表明:钻削初期,横刃的挤压和主切削刃切削长度的增加使钻削力和扭矩增大;稳定钻削阶段,横刃切出后,主切削刃切削长度不变切削直径增加,钻削力和扭矩稳定增加;钻削后期,副切削刃参与切削,主切削刃切削长度减小,轴向钻削力和扭矩减小,但副刃与孔壁的挤压摩擦,曲线波动较大;钻削速度、进给量及工件厚度的增加都会导致轴向钻削力和扭矩的增加;钻削时的最大应力分布在横刃和主切削刃与工件的接触部位。