基于有限元法的叠层薄壁工件自动化制孔压紧力预测

针对实验法选择合适压紧力时间周期长、成本高的问题,分析叠层薄壁工件层间毛刺的产生原理,利用简化的梁模型研究压紧力对层间间隙的影响。根据层间毛刺和层间间隙的关系,融合有限元仿真和函数拟合,提出基于有限元的压紧力理论预测方法,以实现制孔压紧力的快速准确预测。采用理论预测的压紧力进行2024叠层铝板制孔实验。研究结果表明:构建的层间毛刺高度模型预测误差在10%以内,实验孔的层间毛刺高度小于0.1 mm,达到"无毛刺"的制孔要求,为自动化制孔压紧力的选择提供了理论参考。     

机理与数据融合的机器人制孔毛刺预测方法

针对机器人制孔系统刚性差,制孔加工时会发生颤振、易产生毛刺的问题,提出了机理与数据融合的预测方法对机器人制孔出口毛刺高度进行预测,构建了基于钻削力及颤振模型的钻削毛刺高度预测静态物理模型,进行毛刺高度的初步预测,并在其基础上采用数据动态更新模型对其修正更新．通过机器人制孔实验对所建立模型进行验证,实验表明该预测方法对制孔毛刺高度分类准确率达到94.74%,为实现制孔毛刺主动控制及提升制孔系统加工质量奠定了基础．     

碳纤维复合材料小孔钻削工艺参数优化

采用硬质合金麻花钻进行了碳纤维增强树脂基复合材料直径3 mm小孔的钻削试验,研究了工艺参数、刀具磨损对切削力和制孔质量的影响规律.首先,通过钻削试验,测得了不同工艺参数下的钻削力,回归分析得到了钻削轴向力和扭矩与转速和进给速度之间的关系式.然后,通过刀具磨损试验,获得了后刀面磨损量随制孔个数的变化曲线;对孔出口毛刺损伤进行测量统计和分析拟合,得到了毛刺面积与钻削扭矩间的关系式.最后,以材料去除率最大为优化目标,以钻削后无分层且毛刺损伤满足要求为约束条件,建立了工艺参数优化模型,获得了最优转速和进给速度.     

钻削加工中进给方向毛刺生成机理的研究

本文建立了钻削加工中进给方向毛刺生成模型,井对钻削加工中进给方向花刺的生成机理进行了实验研究和相应的理论分析.揭示出影响主要因素,提出了若干抑制和减小钻削进给方向毛刺的措施.     

冷却润滑方式对CFRP/Al叠层钻孔质量及轴向力的影响

为了探究碳纤维复合材料(CFRP)/铝合金(Al)叠层钻孔时不同冷却润滑方式对刀具磨损、钻削轴向力和钻孔质量的影响,进行了微量润滑和干式钻削条件下的钻孔实验。通过建立积屑瘤存在时CFRP钻削模型,揭示了影响轴向力诸因素的内在联系,解释了钻削CFRP层轴向力随加工孔数增加而逐渐变大的原因,分析了CFRP切屑分离原理和叠层制孔质量数据。结果表明:积屑瘤通过改变横刃实际工作长度、积屑瘤夹角、主切削刃摩擦角以及碳纤维实际剪切面上应力状态来影响CFRP钻削轴向力;积屑瘤存在时两种冷却润滑方式下CFRP总钻削轴向力的差异主要来源于横刃处的差异。采用干式钻削方式加工CFRP/Al叠层更易形成积屑瘤,连续加工时CFRP层高硬度的碳纤维挤压刀刃导致积屑瘤较软段不断生长脱落,是影响钻孔质量的重要原因;相比干式钻削,采用半程微量润滑方式加工CFRP/Al叠层能获得更好的钻孔质量。     

阶跃式多元变参数振动钻削叠层复合材料的加工精度

针对叠层复合材料的微小孔加工，提出了阶跃式多元变参数振动钻削新方法。在钻入、钻中、交互区和钻出的多区段钻削模型基础上，分析了产互区的分厚切削特性、自然分屑行性和多倍分离断屑特性。以入钻定位误差、孔扩量、出口毛刺高度作为钻削过程质量评价指标，进行了多元正交多项式回归优化试验。结果表明，阶跃式多元变参数振动粘销显著提高了孔的加工精度，是实现叠层复合材料微小孔加工的一种有效的优化加工方法。     

颅骨微创小孔钻削工艺参数的正交实验法优化研究

钻削力影响手术对人体的损伤程度和术后康复时间,合理的骨钻削工艺参数可以大幅度减小钻削力.本文采用正交实验法就医疗麻花钻对颅骨微创小孔钻削力的工艺参数进行优化研究,并找出了最小钻削力的钻削工艺参数.颅骨钻削正交实验是以钻削力作为实验指标,主轴进给速度f、主轴转速n、钻削角度β作为正交实验的3种因素,为了使结果更为准确和真实,采用四水平钻削工艺参数.试验结果表明:对钻削力影响因素由高到低的顺序是nfβ,最优钻削工艺参数组合为n(1600 r/min)、f(10 mm/min)、β(0°).     

钻削碳纤维增强型复合材料的主切削刃轴向力

碳纤维增强型复合材料的钻削轴向力与其分层、撕裂等缺陷的产生有密切关系。为了探究碳纤维复合材料钻削轴向力随切削用量的变化规律,有效控制加工缺陷的产生,该文从分析碳纤维复合材料的铺层结构出发,研究了复合材料在钻削时的切除过程和切削力分布,完善并应用多层复合材料切削模型,建立了钻削时主切削刃的宏观轴向力与切削用量的关系模型。采用T700/6421碳纤维复合材料样件进行钻削实验,结果证明了该模型的可行性。     

碳纤维复合材料铝合金叠层制孔工艺研究

为提高叠层材料制孔质量満足装配与连接的要求,对CFRP/A1叠层材料进行了钻削试验研究。研究了不同叠层顺序、不同刀具材料在变换加工参数时对轴向力的影响。结果表明:从复合材料侧钻入时,由于铝合金对复合材料产生的支撑作用制孔质量得到了明显提高;从铝合金侧钻入能获得更低的钻削轴向力;相比无涂层及金刚石涂层钻头。类金刚石涂层刀具在钻削叠层材料时能获得更好的孔壁质量。     

加工参数对CFRP/钛合金叠层材料制孔表面缺陷的影响

对CFRP/钛合金叠层材料进行一体式钻削试验,研究钻削加工参数对该叠层材料制孔缺陷的影响规律.结果表明,提高转速和降低进给量有利于降低和减少CFRP层出入口处的撕裂现象以及孔壁上的加工缺陷,改善孔出入口质量.相比较于钻削CFRP单板材料,钻削叠层构件时的CFRP层出口质量更好.对于钛合金层,高进给和高转速均不利于提高孔口质量,而低转速和高进给能够改善钛合金层孔壁质量.     

钻削毛刺的形成与分析模型

钻削过程中在工件的出口处形成的毛刺严重地影响了工件的质量,制约着自动化加工技术的发展。由于在钻削毛刺形成过程中,钻头结构、受力情况非常复杂,采用传统的数学-力学方法很难建立其分析模型。首次提出利用材料失效模型建立钻削毛刺形成模拟的有限元模型,模拟结果得到的三种不同形态的钻削毛刺与试验取得了一致。模型的建立为主动控制毛刺优化选择切削参数及深入分析毛刺形成过程中工件材料内部弹-塑性变形及力学机制供了一种新的有效途径。     

玻璃纤维增强树脂基复合材料厚板钻削试验研究

使用HSS及硬质合金钻头钻削加工GFRP厚板,并利用正交试验分析方法,采用不同的钻削参数对高强玻璃纤维复合材料厚板进行钻削实验,得出了适宜的切削参数.最后,利用正交回归原理建立了轴向力经验公式,预测轴向力随切削参数的变化趋势.     

麻花钻的钻削参数对钛合金钻削性能的影响

为提高麻花钻对钛合金材料的钻削工艺,采用DEFORM-3D软件建立了麻花钻钻削钛合金的有限元仿真模型。应用正交试验分析了在钻削过程中,钻头直径、钻削速度、进给量3个因素对麻花钻轴向力的影响。采用极差和方差分析,确定了最优钻削参数组合并检验了各因素对轴向力的显著性。根据正交试验数据,利用MATLAB软件进行了多元线性回归分析,建立了钻削力的数学模型。通过经验公式计算与仿真数据的对比分析,为后续钛合金材料在实际钻削加工过程中钻削参数的选择、优化提供了理论依据。     

数控内齿珩轮强力珩齿珩削力的预测

文章建立了内齿珩轮强力珩齿珩削力的预测模型。首先推导珩齿加工啮合过程中接触线和切削厚度数学模型，并基于此模型将珩磨轮的磨削刃离散为微元磨削刃；然后由平面磨削模型构建珩磨轮的微元磨削刃模型，建立珩齿珩削力预测模型，并分析珩削力随工艺参数的变化规律；最后结合Fassler HMX-400数控内齿珩轮强力珩齿机及其内置的Kistler力传感器进行珩齿珩削力测量实验。实验结果表明，预测的珩削力的数值和变化趋势与实验测量结果相符，该珩削力预测方法有效。     

数控机床振动钻削运动学特性及加工参数优化

针对TA6钛合金难加工的特点，通过麻花钻对合金实施振动钻削测试。研究结果表明：与常规钻削方式相比，钻削力发生了动态分量的显著提升，更易生成切屑。本实验振动钻削形成的轴向力与扭矩均值相对常规钻削方式下降比例为10%～15%。提高钻削速度后，形成了明显波动的轴向力与扭矩，但整体波动程度很小。当振幅提高后，轴向力降低，而扭矩则表现为先降低再升高的变化特征。     

大厚度碳纤维复合材料变参数制孔工艺研究

大厚度碳纤维复合材料(CFRP)在大型飞机构件上应用广泛,经常需要对其进行大量的深孔加工．采用固定钻削参数加工工艺会导致钻削过程中热量严重累积,树脂高温软化,进而引起材料性能下降,严重影响制孔质量．因此为确定合适的加工工艺参数,研究深孔钻削过程中不同区段工艺对质量的影响,先对大厚度复合材料板钻削加工区段进行了划分,通过实验分析研究钻削过程中不同钻削阶段的热力学特性,得出了不同钻削阶段合适的钻削参数．在此基础上,以加工质量和效率为目标,提出一种分阶段变参数钻削大厚度复合材料板工艺方法,发现采用此种方法可以降低钻削过程产热以及出口位置轴向力,同时保证出口质量和孔壁质量,提高加工效率,是一种有效的新型加工工艺方案．     

40Cr钢的钻削力仿真与实验研究

通过单因素试验,研究了在40Cr钢的钻削加工过程中,不同切削参数对钻削力和扭矩的影响.通过大型金属塑性成形有限元软件Deform-3D对钻削过程进行仿真研究,并将仿真结果和实验结果作了对比.结果表明,在进给量不变的情况下,随着切削速度的增加,钻头所受轴向力和扭矩先变大后减小;在相同的切削速度条件下,随着进给量的不断增大,轴向力和扭矩几乎线性增大;钻削力和扭矩的仿真结果比实验结果略小,说明仿真结果具备比较高的可靠性,可以对实验结果起到近似的预测作用.     

电镀金刚石刀具钻削碳纤维复合材料磨粒磨损特征研究

采用电镀金刚石钻磨组合刀具钻削碳纤维复合材料能够有效地减小或消除毛刺和分层等加工缺陷,刀具的使用寿命主要取决于电镀金刚石磨粒的使用寿命．为此,对研制的刀具表面电镀金刚石磨粒的加工磨损形态进行了系统的统计观测．研究结果表明：采用电镀金刚石钻磨组合刀具钻削T300碳纤维复合材料过程中,电镀层的金刚石磨粒具有独特的初期不稳定磨损、混合磨损和正常磨损3个阶段,其磨损形态与钻削产生的轴向力具有显著的线性关系．随着钻孔数目的增加,钻磨孔的轴向力逐渐增大,但是加工出的孔径在刀具经过初期磨损后仍然能够较长时间地稳定在0．024mm误差范围内．     

基于螺旋面钻头振动钻削实验研究及机理分析

通过振动钻削实验装置,采用普通麻花钻和螺旋面钻头在不同的振动钻削参数下对高温合金和碳钢进行振动钻削实验,分析基于螺旋面钻头普通钻削和轴向振动钻削条件下不同的断屑效果.并针对钻削中轴向钻削力和扭矩进行实验研究和理论分析,研究普通麻花钻和刃磨螺旋面麻花钻对加工过程的不同影响.实验结果表明:与普通钻削所得的切屑比较,振动钻削有利于断屑,切屑体积小,排屑顺畅;复杂螺旋面振动钻削中轴向力与扭矩比普通麻花钻小,其轴向力的变化过程也比普通麻花钻平稳.     

枪钻几何结构参数对钻削力的影响规律

枪钻钻头自身独特的复杂结构使深孔钻削的过程变得较为复杂。钻头几何结构参数设计得不合理会引起钻削力较大,导致温度升高、刀具磨损严重和降低孔加工质量等一系列问题。通过对钻头静力学分析,借助群钻钻削力的计算方法,将刀具内、外刃分解为微切削单元进行分析进而建立枪钻钻头的力学模型。通过数值仿真研究枪钻钻头几何结构参数的改变对钻削力变化的影响规律,从而进一步优化相关参数并通过实验验证。试验结果表明钻削力的变化与仿真分析的规律相吻合,进而为枪钻几何结构的优化设计提供了依据。