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。     

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。     

铝基复合材料的钻削及攻丝加工试验

采用硬质合金、ＴｉＮ涂层、高速钢和深冷处理四种刀具材料对ＳｉＣｗ／ＬＤ２、ＳｉＣｐ／ＬＤ２铝基复合材料的小孔钻削性能进行研究。确认由于复合材料增强相的作用，使得其机械加工性能变得很差，其中刀具剧烈磨损和加工表面质量恶化是主要突出问题。     

不同钻型的钻削力的对比试验

为了优化钻轴承钢群钻的钻型，在三种钻型的寿命对比试验基础上，进行了钻削力的对比试验和分析。     

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。     

群钻钻削力试验及其分析

通过试验得出了群钻切削刃段钻削力的分布规律和切削用量对钻削的影响。     

群钻钻削力研究（IV）：群钻钻削力预测模型

提出了群钻钻削力预测模型。初步试验结果表明，钻削轴向力的预测值与实测值较为一致。     

群钻钻削力研究（Ⅲ）：群钻钻削能的理论计算

用“类二维”法和最小能量理论，建立群钻流屑角模型和钻削力预测模型，推导了群钻钻削能的理论计算公式。     

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。     

群钻钻削力研究：群钻钻削的流屑角模型（I）

本文在文献［１］的基础上，将切屑在前刀面上的运动形式分解为侧卷运动和上卷运动。根据运动速度的方向和大小，从理论上建立并完善了群钻钻削的流屑角模型，为群钻钻削力预测模型的建立奠定了基础。     

出口抑制机构对管钻钻削复合材料脱层之影响

复合材料被广泛应用于航天、国防、化工与运输业,但它却是一种让人既爱又恨的构件材料．究其原因,系复合材料既具有优秀的机械特性（高强度一重量比、高破裂韧性与杰出腐蚀抵抗性）,又带有一些加工缺陷（脱层、纤维突出、夹层裂缝或热降低）．就复合材料的加工而言,钻削是一种重要的制孔方法,并且花费在钻削工具上的成本最多．从成本与生产力的角度看．建立钻削加工的数学模型来获得无脱层的复合材料构件非常重要．由于轴向推力是引起钻削脱层的主要原因．若能降低材料钻削出口的轴向推力,即可避免钻削脱层的发生．文章尝试藉由线弹性破裂力学与能量守恒观念．推导出利用出口抑制机构来管钻复合材料时的轴向推力．并且获得的理论结果与实际的加工经验吻合．这一无脱层复合材料钻孔的研究．未来仍须接受强有力的挑战与考验．     

群钻钻削力研究（Ⅳ）──群钻钻削力预测模型

提出了群钻钻削力预测模型．初步试验结果表明，钻削轴向力的预测值与实测值较为一致．     

高速钻削碳纤维复合材料的钻头温度测量研究

以钻削碳纤维复合材料为基础,研究碳纤维复合材料在高速钻削过程中切削速度和进给速度对钻头后刀面温度的影响.采用嵌入式人工热电偶的方法对硬质合金钻削刀具进行测温试验,并用LabVIEW软件获得所需的温度数据和温度曲线.测量结果表明:当进给速度恒定时,刀具的后刀面温度随主轴转速的增加而上升.当主轴转速恒定时,刀具的后刀面温度随进给速度的增加而降低.     

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．     

出口抑制机构对管钻钻削复合材料脱层之影响（英文）

复合材料被广泛应用于航天、国防、化工与运输业,但它却是一种让人既爱又恨的构件材料.究其原因,系复合材料既具有优秀的机械特性(高强度-重量比、高破裂韧性与杰出腐蚀抵抗性),又带有一些加工缺陷(脱层、纤维突出、夹层裂缝或热降低).就复合材料的加工而言,钻削是一种重要的制孔方法,并且花费在钻削工具上的成本最多.从成本与生产力的角度看,建立钻削加工的数学模型来获得无脱层的复合材料构件非常重要.由于轴向推力是引起钻削脱层的主要原因,若能降低材料钻削出口的轴向推力,即可避免钻削脱层的发生.文章尝试藉由线弹性破裂力学与能量守恒观念,推导出利用出口抑制机构来管钻复合材料时的轴向推力,并且获得的理论结果与实际的加工经验吻合.这一无脱层复合材料钻孔的研究,未来仍须接受强有力的挑战与考验.     

高速钻削复合材料加工参数对粗糙度影响研究

文章研究了碳纤维复合材料高速钻削过程中主轴转速、进给量和刀具刀尖角对孔壁表面粗糙度的影响,建立了孔壁表面粗糙度BP神经网络预测模型。结果表明:粗糙度随主轴转速的增加先增大后逐渐减小,在主轴转速为8 500r/min时,孔壁表面粗糙度最大;在进给量小于0.1mm/r,粗糙度随进给量增大而增大,关系曲线呈一阶线性关系,在进给量增大到0.1mm/r后趋于平稳;孔壁粗糙度随着钻头刀尖角的增大而逐渐减小。构建BP神经网络模型对孔壁表面粗糙度进行预测,得到的结果与实验结果基本一致,表明其可以有效地预测孔壁表面粗糙度的变化。     

变参数振动钻削微小孔的优化试验分析

变参数振动钻削过程中，由于轴向力，扭矩等的动态变化及不同区段加工质量特征参数的不同，导致不同的最优振动参数和最优切削数，文中通过多元正交多项式回归参数优化设计，运用概率论和数理统计原理进行振动钻削过程的参数优化，并通过对比试验验证了变参数振动钻削的优良效果。     

钻削温度测量的试验研究

本文在分析比较国际上有代表性的几种钻削测温方法的基础上,研究了一种新的测温方法,它既能测量钻头切削刃上各点的瞬时温度,又能同时测量工件表面上各点的瞬时温度.通过实验得出了沿切削刃的切削温度分布和切削温度随切削速度、进给量的变化曲线.以及一些有意义的发现。     

枪钻几何结构参数对钻削力影响规律的研究

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的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。本文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。     

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。