GFRP低频轴向振动制孔的钻削力特性和套料钻磨损分析

GFRP的套孔钻削过程中极易产生分层、撕裂等加工损伤,其与轴向钻削力直接相关。为提高GFRP的制孔质量,采用新型金刚石薄壁套料钻,结合低频轴向振动加工技术,建立单颗磨粒的运动学模型和动力学模型,试验研究GFRP制孔中的轴向力变化规律,并对套料钻的烧焦概率、自动落料率进行分析。结果表明:对比常规钻削,低频振动钻削时的瞬时进给量和轴向力比常规钻削时的大,且随着振幅的增加,轴向力也随之增大;低频振动钻削和常规钻削时的轴向力皆随进给速度的增加而增大,随主轴转速的升高而降低。同时,低频振动钻削时磨粒间断性地参与钻削,大大降低了套料钻的烧焦概率,提高了其自动落料率,自动落料率高达88.24%,可实现GFRP的连续批量制孔。

轴向低频振动辅助皮质骨钻削的钻削力和温升

为了研究轴向低频振动钻削方式在皮质骨钻削中对钻削力和温升的影响,基于一种自主研发的低频振动钻削设备,对常规和轴向低频振动辅助皮质骨钻削的钻削力和温升进行了实验,建立了钻削力和产热速率模型。实验结果表明:轴向低频振动钻削方式的进给力和转矩明显减小,温升降低了3~5℃;通过统计方法确定主轴转速是影响钻削力和温升的最显著因素,并进行了双目标优化。模型计算结果与实验数据趋势相吻合,可以认为轴向低频振动产生的钻头与骨组织周期性分离运动是钻削力和温升减小的主要原因。

GFRP低频振动套孔加工实验研究

纤维增强树脂基复合材料(FRP)在制孔过程中容易产生分层、撕裂等加工损伤。以玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)为加工对象,采用低频轴向振动加工(LFVD)技术,结合薄壁金刚石钻头套孔加工,对其高质量孔加工进行理论和实验研究。建立低频轴向振动套孔加工中单颗金刚石磨粒的运动学方程,揭示加工中磨粒的变速与冲击磨削机理,结合加工实验,从轴向力、分层比和粗糙度等方面分析其工艺效果。结果表明,低频轴向振动套孔加工时,玻璃纤维与树脂基体破损明显减少,孔壁表面质量提高;振幅的增大导致轴向力增加,加剧出口分层缺陷,因此振幅选取不宜过大;当振幅为0.040 mm时,GFRP的孔加工质量最为理想。