预压紧力对叠层结构制孔层间间隙的影响

为研究预压紧力对叠层结构制孔层间间隙的影响,本文首先采用板壳理论建立叠层结构制孔简化模型;进而运用有限元方法,分析了预压紧力对叠层结构制孔层间间隙的影响,并以单层板的受力响应模型进行结果比对以验证模型正确,进而分析了不同工艺条件下,叠层结构层间间隙的变化规律;最后通过叠层结构钻削试验验证了限元分析结果的正确性.研究结果表明,随着单向预压紧力的逐渐增大,叠层板会经历层间间隙逐渐减小到贴合的过程,其转折点对应着预压紧力的临界值.加工过程中欲达到良好的毛刺抑制效果,预压紧力需满足以下两个条件:Ⅰ)转折点对应的层间间隙D_B需小于未施加预压紧力情况下的层间毛刺高度;Ⅱ)其值需高于临界预压紧力F_B.此外,减小制孔轴向力或预压紧环直径可有效降低临界预压紧力及对应层间间隙;从提高预压紧力作用效果,减小层间间隙的角度考虑,叠层结构制孔时应将尺寸较厚、模量较高的板材置于叠层结构下层.

Ti/Al叠层结构低频振动制孔试验研究

钛合金与铝合金叠层构件的装配孔制备过程中存在孔壁质量差、尺寸超差等问题,为解决该问题,开展了低频轴向振动扩孔、铰孔与传统扩孔、铰孔的对比试验,重点分析了其在切屑形态、加工质量等方面的差异。结果表明,振动制孔技术能够产生C形或发条形切屑,利于切屑排出,减小铝合金孔壁的划伤。使用振动辅助技术进行一次扩孔与一次铰孔后,钛合金与铝合金孔壁粗糙度均可低于R_a0.6μm,孔径精度可满足H7公差等级,出口毛刺高度小于200μm。

航空叠层材料制孔技术研究现状与发展趋势分析

为有效的减轻飞机质量和燃料成本,复合材料/金属叠层材料已广泛应用于现代飞机的高科技部件。综述了包括CFRP/铝和CFRP/钛叠层材料制孔技术的最新进展,主要涵盖了制孔加工刀具、金属切屑排除、金属材料毛刺、切削温度等方面。文献综述表明,有多种方式可改善加工品质:1)改善航空叠层材料的制孔刀具;2)有效的排除金属切屑,减少对复合材料的损伤;3)预防和减少钛合金和铝合金毛刺的形成;4)有效的冷却方式,减少复合材料的热损伤。

加工参数对CFRP/Al叠层材料制孔质量的影响

通过对制孔轴向力、扭矩、表面质量以及孔径尺寸等制孔质量评价指标的测量,研究了加工参数(主轴转速、每齿进给量)对CFRP/Al叠层材料的制孔质量的影响规律。结果表明,提高转速与减少每转进给量可以降低CFRP的钻削轴向力与扭矩;减少每转进给量是提高CFRP孔壁质量的最有效的途径,但同时也会提高CFRP入口撕裂风险。使用高转速钻削时会降低Al板出口毛刺、避免CFRP材料缩孔现象;但是使用高转速钻削时同样会带来CFRP材料出口毛刺增加的问题。

大厚径碳纤维复合材料三维钻削有限元仿真及试验研究

针对CR929远程宽体客机承力构件制孔出口分层缺陷预测难、制孔载荷预测试验成本高等问题,开展大孔径碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)三维钻削仿真及试验研究。首先基于ABAQUS用户自定义子程序接口,利用Fortran语言编写CFRP宏观力学本构模型;随后建立大孔径CFRP三维钻削仿真过程有限元模型,并验证其正确性;最后利用有限元模型预测不同加工参数下的制孔轴向力、扭矩及出口分层损伤。研究结果表明:基于三维实体单元建模的复合材料,三维钻削有限元仿真模型可以可靠地预测制孔过程中的轴向力、扭矩。在CFRP出口处嵌入黏结单元可以预测制孔出口分层的形状。在相同工艺参数条件下,制孔的轴向力、扭矩、出口分层的仿真预测与试验结果最大相对误差分别为15.0%、19.0%、12.4%。

地铁轨道振动能量回收系统的研制

本文研制了基于压电悬臂梁和超级电容的地铁轨道振动能量回收系统。根据地铁钢轨振动频率的特点和仿真分析的结果,系统确定选用双晶并联悬臂梁式压电振子并同时确定了压电振子的结构参数。系统采用多个压电振子作为能量回收装置,设计了多路整流汇流与储能电路。为测试系统的性能,设计了储能型LCD和直接驱动LED显示电路。测试结果表明:系统在频率60～70 Hz范围内储能和供电过程稳定,可平稳为液晶显示板供电和持续点亮LED。若保证压电振子的数量,优化阻抗匹配并减小能量消耗,本系统可实现直接用于地铁运行信息显示。

低频振动钻削CFRP/钛合金叠层材料试验研究

在叠层材料一体化制孔过程中,CFRP制孔质量极易受到钛合金切屑排出的影响,出现入口撕裂、孔径超差等加工缺陷。为了提高叠层材料的制孔质量,本文分析了振动钻削的运动学特征,确定了理论最小断屑振幅,通过低频振动钻削和传统钻削叠层材料的对比试验重点探讨了不同振幅参数对切削力、切削温度以及制孔质量的影响。结果表明:随着振幅增大,钻削平均轴向力小幅下降,最大轴向力呈现上升趋势;当振幅大于最小断屑振幅时,低频振动钻削在实现有效断屑排屑的同时能够显著降低切削温度,提高孔壁质量和孔径精度;CFRP入口撕裂受振幅的影响最为明显,加工振幅过大会导致入口撕裂的扩大;当振幅为30μm时,入口撕裂区域最小,孔壁粗糙度达到R_a2.16μm,叠层材料总体制孔质量最好,切削温度同时降低了20.8%。

振幅对低频振动钻削CFRP/钛合金叠层材料的影响

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)和钛合金组成的叠层材料因其出色的性能被广泛应用在航空航天领域。但两种材料的加工性能差异较大,在叠层材料一体化制孔过程中,CFRP制孔表面极易受到钛合金切屑排出的影响,出现入口撕裂、孔壁划伤等缺陷。为提高叠层材料制孔质量,通过低频振动钻削与传统钻削的对比试验,研究了刀具不同振幅(A=0μm、20μm、40μm、60μm)参数对切削力、切削温度及制孔质量等的影响。结果发现:钻削平均轴向力随着振幅增大而减小,而最大钻削轴向力增大。低频振动钻削较传统钻削加工温度有所下降。振动钻削对分层缺陷没有改善,且有增大缺陷的趋势,但对CFRP孔壁质量有明显改善。

PCD与硬质合金钻头钻削CFRP/Al叠层材料对比研究

为延长钻削CFRP/Al叠层材料的刀具寿命,采用PCD刀具与硬质合金刀具进行CFRP/Al叠层材料的钻削对比试验,分析了制孔数量对轴向力、刀具磨损以及制孔质量的影响。试验结果表明,随着制孔数量的增加,两种刀具的轴向力、磨损量及制孔缺陷均增大。采用PCD刀具钻削CFRP/Al叠层材料能有效减小刀具磨损且可获得更好的加工质量。

钻头形状对TC4材料制孔切削力影响的有限元分析

针对钻削TC4时存在摩擦大、钻头磨损快等问题,基于有限元软件建立了三维有限元钻削模型,通过试验验证模型准确性。研究结果表明,轴向力与转矩的仿真值和试验值的相对误差分别为13.5%和10.8%,这表明有限元方法预测的轴向力和转矩与试验结果基本吻合,该有限元模型可以用来预测钻削TC4时的轴向力和转矩。然后基于该有限元模型,研究钻头几何参数(顶角和螺旋角)对轴向力及转矩的影响趋势。研究结果表明,随着顶角的减小,轴向力呈下降趋势,转矩呈上升趋势;随着螺旋角的增大,轴向力和转矩都呈下降趋势。

钻头几何参数对低频振动钻削CFRP/钛合金叠层材料钻削轴向力及温度的影响

通过开展低频振动钻削叠层材料单因素试验,研究了刀具的顶角、螺旋角和后角对钻削轴向力及温度的影响。结果表明:钻头顶角越大,轴向力越大,螺旋角的变化对钻削CFRP层轴向力影响较小;在钻削钛合金层时,轴向力随着螺旋角的增大呈先下降后上升的趋势,钻头后角越小,轴向力越大;钻头几何参数对钻削温度的影响可以忽略,得出较为适合CFRP/钛合金叠层材料振动制孔的钻头几何参数为顶角120°、螺旋角25°、后角20°。