CFRP/钛合金叠层板钻孔刀具研究进展

CFRP/钛合金叠层结构材料具有轻质高强、能承受极端热力载荷等优点,广泛应用于航天航空关键承重部件的制造.在钻削加工CFRP/钛合金叠层结构时,由于CFRP相和钛合金相具有不同的性能特征,导致刀具的磨损行为迥异,从而对CFRP/钛合金叠层结构的钻孔精度及孔壁质量造成严重影响.为此,探究CFRP/钛合金叠层结构钻削时的刀...     

复合材料叠层结构制孔技术

针对碳纤维复合材料与钛合金叠层制孔质量差、效率低的问题,通过有限元仿真计算和切削试验相结合的方法,研究了碳纤维复合材料与钛合金叠层制孔切削机理,分析了面向刀具结构、几何参数和制孔工艺参数等因素,建立刀具结构、切削力、刀具磨损等数学模型,实现了碳纤维复合材料叠层制孔的刀具设计技术。     

钻锪一体刀在CFRP与钛合金叠层制孔中的设计

针对航空叠层材料的加工特性,研究航空钻锪一体刀具在Ti-6Al-4V+CFRP叠层材料的应用。通过对钻锪一体刀的制孔切削参数进行分析,制定出正确和合理的切削参数,满足叠层材料的自动制孔加工要求,提高自动制孔加工效率和加工精度。     

CFRP/钛合金叠层构件制孔孔径分布规律研究

为了研究CFRP/钛合金叠层构件一体化制孔加工后的孔径几何精度变化规律及主要影响因素,在CFRP/钛合金制孔基础上,利用三坐标测量机对孔径几何精度进行检测,并分别对单个孔及系列孔的孔径几何精度进行分析,得到孔径几何精度的变化规律及主要影响因素。结果表明:叠层材料制孔加工过程中材料加工性能的巨大差异,使加工至材料界面时产生的切削振动较大,是影响CFRP与钛合金孔径几何精度的主要因素,且对CFRP孔径影响较大,对钛合金孔径影响较小。     

CFRP与钛合金叠层制孔钻头横刃结构优化

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金夹层结构制孔过程中加工质量、制孔效率与钻头寿命低等问题,以钻头的横刃结构为主要研究对象设计试验方案,对钻头横刃结构进行优化,以提高加工质量、制孔效率与钻头寿命。结果表明:优化后的横刃结构加工性能优于普通"X"形钻头横刃结构,不论是碳纤维复合材料部位还是钛合金部位轴向切削力明显减小。     

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。     

钻头几何角度对CFRP和钛合金叠层制孔的影响

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金叠层结构钻孔刀具寿命低、出入口质量不易保证、影响加工质量和制孔效率等问题。以钻头螺旋角、外缘后角和顶角为主要研究对象,进行试验方案设计,揭示钻头几何角度对叠层结构制孔切削力及出入口质量的影响规律,表明:碳纤维复合材料与钛合金叠层结构制孔的钻头最佳几何角度:螺旋角25°左右,顶角140°左右,外缘后角12°左右。     

钛合金与铝合金叠层材料制孔研究

通过对钛合金TA15与铝合金7075-T6组成的叠层结构进行干式钻削试验,分析了钻削参数对轴向力和扭矩的影响.结果表明,钛合金层的钻削力比铝合金层大,钻削参数对钻削力的影响基本相同.再通过不同刀具材料的对比试验,分析刀具磨损情况,证明硬质合金刀具具有较好的切削加工性.     

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。     

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。     

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/7050复合材料叠层制孔参数研究

数字化制孔凭借高精、高效、高一致性优势在飞机蒙皮叠层制孔中应用日益广泛,其参数的合理性直接影响制孔质量与精度,进而影响飞机的质量与寿命。为获得高精、高效的复合叠层制孔参数,以碳纤维增强型复合材料(CFRP)/铝合金(7050)叠层为研究对象,开展叠层制孔参数研究。设计两次正交试验研究制孔参数对孔径的影响,以主效应图为工具,分析第一次正交试验结果,初步明确各参数对孔径的影响趋势;进而优化正交试验参数取值区间,设计并实施第二组正交试验,结合两组正交试验结果,获得最佳制孔参数。针对该参数的工程实用性,从参数制孔能力、刀具加工寿命两方面进行实验验证。同时,为减少参数研究工作量,将经过验证的制孔参数在工况相同、孔径相近的制孔场景下进行拓展应用研究。在满足制孔精度的前提下,通过制孔能力和刀具制孔寿命实验,验证了拓展应用的可行性,并得到该参数适用的孔径范围,有效减少了制孔参数研究的工作量,提高了制孔参数研究效率。     

钛合金薄壁零件深孔的加工

本文拟就钛合金薄壁零件深孔加工的实例，扼要介绍零件的工艺分析，孔加工工艺方案的选择，对机床的主要要求，刀具材料的选择和铰刀的结构特点，推荐选用的切削用量等。     

叠层方式影响叠层构件大螺距螺旋铣孔研究

研究了叠层方式对大螺距螺旋铣孔航空叠层构件制孔质量的影响。通过对叠层方式影响大螺距螺旋铣削CFRP/Ti6Al4V叠层构件的简要分析,制定了叠层次序和叠层夹紧两种优化方案,并进行了相应制孔试验。分析发现,大螺距螺旋铣削CFRP/Ti6Al4V叠层构件应优选CFRP侧切入,若必须从Ti6Al4V切入时,则应选取传统钻削。层间夹紧既改善了CFRP/Ti6Al4V贴合面处孔径精度和孔口缺陷,也能避免了层间缝隙残留切屑,明显优于叠层未采取夹紧时的加工结果。研究成果为合理制定CFRP/Ti6Al4V叠层构件一体化制孔工艺和结构设计提供了参考。     

基于力信号的低频振动制孔刀具磨损状态分析

为分析碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)/钛合金(TC4)叠层材料低频振动制孔工艺下刀具磨损状态,开展基于切削力信号的制孔刀具磨损状态研究.通过采集CFRP/TC4叠层材料低频振动制孔过程中的切削力信号,进行时域和频域分析,探讨各信号特征量与刀具磨损状态之间的联系.研究结果表明:CFRP/TC4叠层材料低频振动制孔轴...     

飞机柔性装配制孔设备的工件坐标系建立方法

现代飞机部件装配多采用自动化柔性制孔,自动化制孔单元是实现飞机部件柔性装配必不可少的硬件组成。工件零点的设置是以大型数控机床作为制孔设备的自动化制孔单元所的必要设置步骤。使用激光跟踪仪作为测量设备,在机床坐标系、数模坐标系与工装坐标系间建立联系,实现了机床工件位置、数模工件位置与产品实际位置的统一,为实现飞机部件装配的自动化柔性制孔奠定了基础。该方法在某型飞机柔性装配过程中得到了验证运用,验证了方法的可行性。     

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。     

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。     

CFRP/钛合金叠层材料超声振动辅助钻孔实验研究

采用超声辅助钻孔工艺对碳纤维复合材料(CFRP)/钛合金叠层构件的钻孔质量进行实验研究。分析了叠层材料钻孔轴向力的变化规律、超声振动及钻孔工艺参数对轴向力的影响、复合材料层的孔口形貌等。实验结果表明:叠层材料的钻孔轴向力在钻孔过程中呈现出非常大的波动,加工钛合金层时的平均轴向力比加工复合材料层时大4倍。超声振动钻孔对复合材料剥离分层引起的轴向力波动具有很好的抑制作用,但是在加工钛合金层时,超声振动并不能有效抑制钻孔轴向力的波动。在加工单层复合材料时,超声振动钻孔的质量显著好于普通钻孔,但是在加工叠层材料时,超声振动并不能显著提高钻孔质量,这主要是由于钛合金切屑对复合材料层造成的撕裂损伤导致的。