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。     

预制孔对碳纤维复合材料钻削分层的影响

碳纤维材料钻削加工时会产生很多难以克服的缺陷,其中分层缺陷与钻削时产生的轴向力密切相关。本文以碳纤维/环氧树脂基复合材料为研究对象,观察不同预制孔直径对轴向力的影响。实验结果表明钻头横刃引起的轴向力占全部轴向力50%左右;采用预制孔工艺可显著减少分层缺陷;2 mm直径的预制孔比1 mm更能有效抑制分层缺陷。     

CFRP/Al叠层钻孔粉状切屑对加工质量的影响

为了探究微量润滑条件下,碳纤维复合材料(CFRP)/铝合金(Al)叠层钻孔粉状切屑对孔径、表面粗糙度和出口毛刺高度等加工质量的影响规律,进行了3种不同润滑条件下的钻孔实验,观察了切屑形态及切屑黏附现象,分析了加工质量数据。结果表明:粉状切屑与油雾形成的混合物容易滞留在孔内,从而减弱润滑效果,这是影响叠层钻孔质量的主要因素。抑制其影响的方法包括:降低切削速度,从而减少切削热并增加润滑时间;复合材料选择干切,尽量避免混合物的生成;增大油雾输送主管路内径,提高油雾流量和压力。     

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.     

分层钻削提高碳纤维复合材料钻孔表面质量的研究*

碳纤维复合材料在钻削加工时易产生毛刺、撕裂、分层等缺陷,是典型的难加工材料。针对碳纤维复合材料特点,提出分层钻削加工的方案,通过增加切削刃长度,降低切削力,保证刃口锋利性来减少碳纤维复合材料的加工缺陷。选用均为TiAlCrN/TiSiN涂层的普通麻花钻头与分层钻削钻头进行碳纤维复合材料孔加工对比试验,结果表明：分层钻削碳纤维复合材料时钻削轴向力较小,钻孔表面质量较好,刀具耐用度更高,适合碳纤维复合材料的钻削加工。     

加工工艺参数对碳纤维增强复合材料层合板制孔质量的影响

为了研究不同的钻孔参数对制孔质量的影响,本文采取五种不同顶角的刀具(90°、118°、140°、160°、180°)以及不同进给速度对碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics)层合板进行钻削实验,将钻孔参数与制孔质量的关系进行拟合,建立了基于分层因子的评价方法,并由此开发一种CFRP钻孔工艺参数知识库系统。通过对不同顶角钻头的轴向力-时间曲线、进给率/顶角-轴向力拟合关系图进行分析,并对比不同顶角钻头的扫面电子显微镜(SEM)图象,发现：钻头顶角越大,进给率越大则钻削轴向力越大,出口分层缺陷越严重;钻削参数为小顶角、低进给时,出口质量更优异。     

钻扩铰一体加工对提高碳纤维复合材料表面质量的研究

针对碳纤维复合材料特点,提出钻扩铰一体加工的方案,通过增加切削刃长度,降低切削力,保证刃口锋利性来减少碳纤维复合材料的加工缺陷.选用均为Ti Al Cr N/Ti Si N涂层的硬质合金麻花钻与钻扩铰复合刀具进行碳纤维复合材料孔加工对比试验.结果表明:在相同的切削条件下,钻扩铰复合刀具的钻削轴向力比硬质合金麻花钻降低了40%~50%,刀具耐用度提高了5~6倍,有利于提高钻孔表面质量,适合碳纤维复合材料的钻削加工.     

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。     

系列手动螺旋面钻头尖刃磨机床

专利号：ZL99224114．6 与普通麻花钻钻尖相比，螺旋面钻尖在靠近钻心处得到较大的后角，并使横刃的前角增大，横刃为S形，因此定心好，切入稳定，钻削轴向力小，具有比较好的排屑能力，并且所钻的孔径与钻头的直径很接近，钻孔质量较好，在某些情况下甚至可以代替铰孔工序：由于进行螺旋面钻尖的刃磨需要三个运动合成来完成，[第一段]     

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．     

钛合金小直径深孔的振动钻削研究

钛合金的小直径深孔的钻削是机械加工中的难题之一。采用低频轴向振动钻孔方法解决了这个难题。本文主要就钛合金小直径深孔的振动钻削的刀具设计、断屑排屑、加工质量等进行了研究。     

轴向超声振动辅助钻削机理与试验研究

针对传统钻削过程中经常出现断屑、排屑困难以及加工质量差等问题, 提出了轴向超声振动辅助钻削加工方法,并研究了其运动特性和断屑机理.利用自行设计的轴向超声振动辅助钻削系统对45号钢进行了传统钻削与轴向超声振动辅助钻削的对比试验.从孔的粗糙度、表面微观形貌、切屑形态等方面进行研究.结果表明,相对于传统钻削,轴向超声振动辅助钻削能有效降低孔表面粗糙度,改善孔表面微观形貌.另外,对试验结果进行方差分析,结果显示主轴转速和超声振幅对孔表面粗糙度有显著影响,其中当振幅在20μm,主轴转速在450r/min时加工效果最好.     

铝合金叠层板钻削层间毛刺高度预测模型

叠层构件制孔容易生成层间毛刺,严重影响加工质量和效率。为了探究层间毛刺生成过程,预测毛刺高度,提出有效控制层间毛刺的工艺方法,该文首先通过实验建立钻削轴向力经验公式,然后采用有限元方法计算单层板在理论钻削力下的变形量,进而预测层间毛刺生成初始位置,最后运用能量法建立叠层钻削层间毛刺高度理论模型。应用硬质合金麻花钻在铝合金叠层试件上开展钻削实验,结果表明:理论模型能够有效地预测层间毛刺高度,揭示进给量和层间间隙对层间毛刺的影响规律,有助于优化叠层钻削工艺参数。     

碳纤维增强复合材料钻削仿真及分层因子预测

文章对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastic, CFRP)进行了钻削加工有限元仿真研究,通过正交试验的方法分析了切削用量和刀具几何参数对分层因子的影响作用;建立了关于分层因子的人工神经网络预测模型与多元线性回归预测模型,2种模型预测值的最大相对误差分别为3.1%、7.4%,得出人工神经网络预测模型具有更高的预测精度。研究结果表明:分层因子总体上随主轴转速的增加而降低,随进给量和顶角的增加而增加,对分层因子的影响程度由大到小依次为进给量、转速、顶角;在对CFRP进行钻削加工时,宜适当提高主轴转速、降低进给量和钻头顶角,以减少钻削引起的分层缺陷,进一步改善钻孔质量。该文所采用的方法为CFRP钻削加工中切削力、刀具磨损等问题的分析提供了一定的理论参考。     

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．     

TC4钛合金小孔钻削试验及钻孔质量研究

为了研究TC4钛合金的小孔钻削性能,采用单因素试验设计,利用DEFORM-3D软件建立钻削仿真模型,并结合钻削试验对比,分析了小直径麻花钻的主轴转速与进给速度在单一变量下对钛合金钻削轴向力的影响趋势。结果表明:钻削轴向力随主轴转速的增大而减小,随进给速度的增大呈波动上升趋势。基于钻削试验数据,利用MATLAB软件进行了多元回归分析,建立了钻削轴向力与进给速度、主轴转速之间的关系式,并进行了对比验证。通过立式显微镜对不同钻削参数下钻孔表面形貌和钻屑形态进行了观测与分析。     

钻削工艺参数对碳/环氧复合材料孔质量的影响

由于碳纤维/环氧复合材料有许多优异的特点,为满足制造装配的需要,对这种材料的机械加工特别是孔的加工显得尤为重要。针对碳纤维复合材料在手工钻孔过程中出现的分层、撕裂、毛刺等加工缺陷,分析了影响碳纤维复合材料钻孔质量的钻削工艺参数,就轴向力、有无导向、不同的铺层角度三个影响因素进行进一步探索。采用单因子变量法进行对比实验,设计了实验方案,对实验数据进行分析和对比,获得了一些数据和结论,为手工钻孔质量的优化做好基础。     

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.     

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。     

钻削过程中的切屑变形研究

本文介绍了两种无夹紧机构的新型快速停钻装置,可用来精确地取得切屑的根部,并将其制成显微金相磨片,对钻削常用钢(45~#钢)和难加工材料(1Cr18Ni9Ti)的积屑瘤之变化规律进行了系统的分析。同时还采用管状试件研究了钻刃上各点的切屑变形规律,指出了轴向力、扭矩、变形系数和位置半径的关系。