冷却润滑方式对CFRP/钛合金叠层制孔刀具磨损的影响

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)和钛合金组成的叠层结构由于其优良的机械性能在航空航天领域得到了广泛的应用。为了延长刀具寿命,本文在CFRP/钛合金叠层低频振动钻削试验中采用中心吹气、微量润滑技术(Minimum quantity lubrication,MQL)、水基冷却液和液氮冷却方法,研究冷却润滑方式对钻削温度、轴向力与刀具磨损的影响。试验结果表明,使用中心吹气时加工温度最高,使用液氮时加工温度最低,液氮冷却时轴向力最大,而使用水基冷却液时轴向力最小。水基冷却液对延长刀具寿命的效果最好,达到了66个孔,而液氮冷却时最差,只有12个孔。刀具主要的磨损形式为粘结磨损和磨粒磨损。

钎焊金刚石铣磨刀具磨粒粒度尺寸与排布间距对CFRP磨削质量的影响

碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)由于其低层间结合力和各向异性导致其加工过程中易出现分层、毛刺、撕裂等加工缺陷和刀具耐用度低等问题。采用有序排布钎焊金刚石磨削刀具及"以磨代切"加工工艺能够有效减轻分层缺陷。为制备出适合CFRP磨边加工的钎焊金刚石刀具,本试验制备了不同磨粒排布间距与不同磨粒粒度尺寸的5种刀具,对比分析了刀具结构变化对CFRP磨边加工磨削力与加工表面质量的影响。试验结果表明:在一定范围内,在相同磨粒排布间距和加工参数下,随着磨粒粒度尺寸变大,磨削力变化很小,加工表面质量变差;在相同磨粒粒度尺寸与加工参数下,随着磨粒排布间距减小,磨削力先增大后减小,加工表面质量变好。

GFRP铣槽加工铣削力及表面粗糙度研究

铣槽是复合材料较常用的机械加工形式之一。为研究玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)铣槽加工中各加工参数对铣削力和表面粗糙度的影响,开展了以主轴转速、进给速度和轴向切深为因素的正交试验,研究铣削力和表面粗糙度的变化规律。并用Matlab软件对铣削力和表面粗糙度的试验数据进行回归分析,建立了铣削力和粗糙度的经验公式,最后通过试验验证铣削力和表面粗糙度经验公式的正确性。结果表明:轴向切深对铣削力影响最大,其次是主轴转速,进给速度对铣削力影响最小;主轴转速对粗糙度的影响最大,其次是进给速度,轴向切深对粗糙度的影响最小。试验结果与铣削力、表面粗糙度经验公式算得的数值对比,误差范围都在20%以内。

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向力信号的均值、标准差、方均根和峰度系数都与刀具磨损状态关系密切。轴向力信号频率主要集中在0 Hz、主轴旋转频率33 Hz及振动刀柄振动频率38 Hz处,且频率分布不会随着刀具的磨损而改变。

CFRP切削加工力热特性建模预测研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)在航空航天领域中的应用越来越广泛,其切削加工性能引起了研究人员的广泛关注。对切削过程中的切削力或切削温度的精确预测,是验证有限元仿真模型准确性的基础,同时也是理解和优化切削过程的重要手段。因此,对CFRP切削过程力热特性建模预测方面进行综述,有助于研究人员掌握CFRP切削加工过程并提供借鉴。主要介绍了材料本构及损伤失效模型建立过程及方法,并综述了不同模型在正交切削、钻削及铣削过程力热特性预测结果。最后总结了目前有限元力热特性仿真预测模型的研究结论,并指出了该领域存在的问题和需要进一步探索的方向。

考虑刀具磨损影响的CFRP复合材料钻削轴向力预测

在碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料钻削过程中,随着刀具磨损量的累积,轴向力会逐渐增加,轴向力过大会导致CFRP复合材料一系列的加工缺陷。为实现在CFRP复合材料钻削过程中随刀具磨损量的累积轴向力变化的有限元分析及预测,建立了CFRP复合材料钻削仿真模型,通过对ABAQUS仿真软件二次开发,利用Python语言开发子程序,将考虑磨损量累积的轴向力预测模型导入仿真软件,运用ABAQUS软件对CFRP复合材料钻削中轴向力进行研究,实现了随着刀具磨损量累积轴向力变化的预测功能。随后通过CFRP复合材料钻削试验,分析了轴向力随钻削孔数的变化规律,以验证轴向力的预测结果。结果表明:3D钻削有限元模型能够良好地预测实际加工过程中刀具未磨损时轴向力的大小,其误差为9.10%;在考虑磨损量累积后,轴向力预测模型能够较准确地预测实际加工过程轴向力的大小,其最大误差不超过10%。