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.     

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．     

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。     

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.     

采用同步压缩变换和能量熵的机器人加工颤振监测方法

为避免机器人加工过程中颤振给加工质量及刀具寿命带来不利影响,提出了一种基于同步压缩变换和能量熵的机器人加工颤振监测方法。首先,利用同步压缩变换获取主轴振动信号高分辨率时频谱,并将获得的时频谱均分为有限个频带;然后,对各频带对应的时域子信号进行重构并求取其能量值;最后,采用能量熵作为表征颤振能量分布变化的特征量,通过计算所有子信号的能量熵之和对颤振进行在线监测。在库卡工业机器人加工实验平台上,开展了机器人制孔加工实验验证,实验结果表明:在不同的机器人加工条件下,所提方法均能在颤振发生前22ms左右有效地将其检测出来;计算一次能量熵的时长约为20ms,能够基本满足颤振在线监测的实时性要求。     

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。     

微小孔振动钻削机理研究

采用振动钻削的方法对微小孔进行钻削加工,设计制作了一台新型、高效的超声波振动钻削设备,在几种常见材料上,通过改变振动钻削参数,进行孔径为０．２￣１．０ｍｍ的粘削实验;借助扫描电镜,分析孔的表面和剖面形状,对普通钻削与振动钻削加工的孔进行了比较;从入钻过程、孔的尺寸形位精度、切屑切屑形式、孔的表面质量、钻头寿命等方面分析总结出微孔振动钻削的加工机理。     

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．     

奥氏体不锈钢小孔钻削仿真及试验研究

基于有限变形理论、虚功原理、更新的拉格朗日公式及热弹塑性本构方程,建立了金属小孔钻削加工的热力耦合有限元模型;针对难加工材料1Cr18Ni9Ti进行了小孔钻削加工过程的模拟与试验研究;对切削加工有限元模拟中的关键技术,如材料模型、工件与切屑的分离、断裂准则以及动态网格自适应技术等进行了探讨,动态模拟了麻花钻钻孔中切屑的成形过程,其中工件采用刚塑性材料模型,刀具采用考虑了温度变化的刚性材料模型.仿真结果与试验数据吻合,表明所建立的有限元模型是正确的,可用来对钻削力、扭矩及钻削温度随进给量的变化进行有效的预测.     

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。     

车削加工中切削毛刺生成机理的研究

本文对车削加工中生成的切削毛刺进行了系统的分类,并对其生成机理进行了实验研究和相应的理论分析,揭示出车削加工中进给方向毛刺的形成过程及其主要影响因素,提出了抑制或减小车削加工中进给方向毛刺的若干措施。     

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。     

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.     

核电管板错齿BTA深孔加工的孔壁表面完整性研究

目的 提高核电管板错齿BTA深孔加工孔壁表面质量。方法 通过实验探究核电管板深孔加工孔壁表面粗糙度、显微硬度、残余应力随钻削进给量、钻削转速和钻削深度的变化规律,并揭示他们之间的内在影响机制。结果 随钻削进给量的增大,孔壁粗糙度增大,显微硬度先减小后增大,残余压应力先增大后减小;随钻削转速的增大,孔壁粗糙度减小,显微硬度和残余压应力均增大;随钻削深度的增大,孔壁粗糙度增大,显微硬度减小,残余压应力先减小后增大。结论 得出的BTA深孔加工孔壁表面完整性随钻削参数的变化规律,为精密深孔钻削工艺参数优化及加工孔质量控制提供了科学依据。     

切削运动——刀具切削刃毛刺分类新体系及其应用

本文对金属切削毛刺分类体系的现状进行了系统的概述和分析,指出其存在的主要问题。提出并建立了切削运动——刀具切削刃毛刺分类新体系,将金属切削毛刺分为两侧、进给和切削方向毛刺三大类,清晰地找出了影响毛刺生成及变化的主要因素。在刨削和钻削加工中应用该毛刺分类体系,表明:切削运动——刀具切削刃毛刺分类体系术语明确、系统完整、简便易行。     

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。     

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。     

车削颤振时变可靠性预测

针对车削加工过程中刀具磨损使得切削力系数等加工参数不断变化,进而导致传统的颤振预测方法随着加工时间的增加预测精度大大降低的问题,将时变可靠性理论引入颤振预测中,用线性方程表示了合力切削力系数的均值随切削时间的变化关系,建立了时变稳定性和时变可靠性模型.获得给定加工条件下系统的时变极限切宽和时变颤振可靠度曲线.最后对提出的计算方法做了相应的实验证明.实验表明.提出的颤振时变可靠性预测方法能够更为准确地预测不同加工时间下的颤振.