碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。

碳纤维复合材料/钛合金叠层板钻孔有限元仿真研究

由碳纤维复合材料和钛合金组成的叠层材料加工越来越受到飞机制造业的青睐。对该材料的加工需要钻削大量的连接孔。本文基于有限元仿真,分别针对CFRP/Ti叠层板和CFRP单板进行钻孔模拟,分析切削参数对轴向力和加工质量的影响。结果表明,采用大的主轴转速和小的进给速度能够减小碳纤维复合材料部分的轴向力,从而改善其出口质量。此外,在碳纤维复合材料下添加金属衬板,也可以有效地减小其出口分层。

阶梯钻钻削碳纤维复合材料/钛合金叠层板的实验研究

采用自行研制的阶梯钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削实验,并与普通麻花钻进行对比。分析钻削力和钛合金切屑形态对孔质量的影响,研究不同加工参数下的钻削力、孔径及孔出入口质量情况。结果表明:钛合金层钻削力随主轴转速的增大而减小,随进给量的增大而增大;相比普通麻花钻,阶梯钻产生的钻削力更小,钛合金切屑排出顺畅,钛合金层和碳纤维复合材料层孔径值更接近于钻头直径,钛合金层和碳纤维复合材料层孔出入口质量更好。

阶梯钻钻削碳纤维复合材料-钛合金叠层板刀具磨损试验研究

采用自主磨制的阶梯钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削磨损试验,并与普通麻花钻进行对比,分析了阶梯钻刀具磨损过程。实验结果表明:阶梯钻主要磨损区域为横刃、第一后刀面和第二后刀面,其中第二后刀面磨损最为严重,相比普通麻花钻,阶梯钻产生的钻削力更小,阶梯钻刀具寿命远远高于普通麻花钻。

碳纤维复合材料/钛合金激光连接界面微织构调控工艺研究

碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与钛合金复合结构的高质量连接是实现飞机轻量化以及高强度制造的关键。采用激光高速旋转焊接技术进行CFRTP/钛合金复合结构的连接,通过在钛合金表面制备不同尺寸网格型微织构研究了界面状态对CFRTP/钛合金接头强度的影响规律。结果表明,钛合金表面微织构的制备可以显著提升接头强度,且不同线间距下的微织构对接头的强度有直接影响,线间距越小,接头强度越高;在CFRTP与钛合金微织构中间添加PA树脂层,有利于提高接头强度。

碳纤维复合材料/钛合金叠层钻孔质量研究

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金叠层的钻孔机理不同于单层材料钻孔,钛合金切屑在排出孔外过程中会对CFRP孔质量造成损伤。为了探究CFRP在叠层钻孔时的质量特性,设计正交试验分析了钛合金切屑和切削参数对CFRP层钻孔质量的影响。观察了轴向切削力和力矩的变化以及钛合金切屑形态,分析CFRP层孔径超差和入口撕裂的机理。结果表明:大进给量条件下,高温、高硬度的钛合金切屑会对CFRP产生严重的侵蚀,是导致CFRP孔径超差的主要原因,并会增大入口撕裂程度;CFRP入口撕裂主要产生在切削速度和纤维方向夹角θ=45°的位置,低切削速度不利于切削CFRP,会加大入口撕裂程度。因此,应使用小进给量钻削钛合金层,使用大切削速度钻削CFRP层;在保证钻头强度的前提下,推荐使用具有较大容屑空间的钻头。

碳纤维环氧复合材料与不同表面状态TC16钛合金偶对的电偶腐蚀

将碳纤维环氧复合材料(GECM)与三种不同表面状态(脉冲阳极化、镀铝钝化以及不作任何处理)的TC16钛合金进行偶对,研究了GECM的开路电位和电化学极化,及不同偶对的电偶腐蚀行为。结果表明:GECM具有正的开路电位,而且较为稳定,随极化时间的延长,电位呈缓慢降低的趋势;GECM与脉冲阳极化钛合金偶对的平均电偶电流密度最小,为0.003μA.cm-2,其次为GECM与不作任何处理钛合金偶对的,为0.024μA.cm-2,而GECM与钛合金镀铝钝化偶对的最大,为6.270μA.cm-2;钛合金表面经脉冲阳极化处理后,可有效降低甚至消除钛合金与GECM间的电偶腐蚀。

碳纤维复合材料与钛合金结构制孔工艺研究

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金夹层结构钻削中存在的问题,进行了系统的工艺研究。主要从钻入侧的选取、钻削参数、制孔中存在的问题以及大直径孔加工工艺等几个方面进行试验研究,结果表明目前的钻削工艺需要改进。提出了适合实际操作的工艺方法,解决了夹层结构制孔中出现的问题,并对钻削刀具进行分析。

碳纤维增强复合材料与钛合金钻孔技术研究进展

随着中国提出"中国制造2025"发展战略,以及数字化自动装配技术的广泛应用,对于钛合金、碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)的钻孔加工提出更高的要求。从钛合金、碳纤维增强复合材料的钻孔切削加工特性出发,对传统钻孔加工中,在孔加工质量、钻孔刀具两方面近些年来一些研究成果进行总结,简述了碳纤维增强复合材料、钛合金的钻孔技术研究状况,并指出未来研究的重点与关注点,将对这两种材料实际钻孔加工具有指导借鉴意义,提高航空产品制造及装配效率。

碳纤维增强复合材料/钛合金叠层结构钻削仿真研究

碳纤维增强复合材料在航空领域常作为结构材料与钛合金组成叠层结构,能在减轻重量的同时利用两种材料的不同特点获得更优异的综合力学性能。本文应用有限元仿真方法模拟了叠层结构CFRP/Ti在CFRP→Ti和Ti→CFRP两种钻削顺序下的制孔过程,探究了不同钻削顺序对叠层结构钻削应力、钻削温度及制孔质量的影响规律。结果表明,在CFRP→Ti钻削顺序下叠层界面制孔质量更高,更能满足实际生产要求。

碳纤维复合材料与钛合金叠层制孔技术研究

碳纤维复合材料以及钛合金都属于很难加工的材料,通常在钻削碳纤维复合材料时,采用高转速和小进给量的加工参数,切削液对复合材料的性能存在不良的影响,所以通常会采用干切加工的方式,由于复合材料自身的热导率比较小,热胀系数和弹性恢复非常大,所以就造成复合材料容易出现缩孔的问题。在针对碳纤维复合材料与钛合金夹层结构钻削过程中,由于这些问题的存在,容易导致复合材料加工质量受到影响,因此必须针对加工问题选取合适的工艺参数和工艺方法,提高加工工艺的整体质量,通过本文的研究结果表明目前的钻削工艺还存在一定的改进空间,通过选择合适的操作工艺方法,能够有效避免夹层结构出现缩孔的问题。

碳纤维增强复合材料/轻合金叠层结构制孔技术研究进展

碳纤维增强复合材料/轻合金叠层结构已经被广泛地应用于航空航天及相关的工程领域。阐述了近年来国内外碳纤维增强复合材料/轻合金叠层结构制孔技术的研究进展与发展方向,重点剖析了叠层结构钻削机理、制孔缺陷、制孔质量影响要素等方面。为实现碳纤维增强复合材料/轻合金叠层结构优质高效制孔加工,提出叠层结构制孔切削热建模仿真、制孔缺陷预测与制孔过程智能控制等未来研究方向。叠层结构制孔研究的现状分析与展望将会对航空装配领域的技术进步起到重要的指导作用。

含Ti钎料钎焊碳纤维复合材料与钛合金的界面微观分析

采用几种钎料对碳纤维复合材料与钛合金进行真空钎焊,重点探讨了含Ti钎料钎焊碳纤维复合材料与钛合金连接界面的微观组织。研究表明,含Ti钎料润湿连接碳纤维复合材料与钛合金TC4的过程可分为五个阶段:钎料与母材的物理接触以及钎料的熔化;原子的扩散;反应层的生成;反应层沉积变厚,润湿复合材料;形成接头。研究结果对于碳纤维复合材料与钛合金的连接及在重要航天器中的应用具有重要参考价值。

碳纤维增强热塑性复合材料/钛合金激光焊接模拟仿真研究

为研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与钛合金激光高速旋转焊接接头形成机理,探索工艺参数对接头质量的影响规律,建立了CFRTP/钛合金激光高速旋转焊接数学模型,利用有限元方法对焊接接头温度分布进行理论计算,分析了激光功率、焊接速度和光斑半径等工艺参数对接头熔宽和熔深的影响规律,并将理论计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明,利用有限元模拟仿真能够较好地预测CFRTP/钛合金接头的温度场分布;通过对温度场求解结果的数值分析,可以实现CFRTP/钛合金激光焊接过程中接头熔深、熔宽的预测;理论计算结果与试验结果基本吻合,表明模拟仿真能够为CFRTP/钛合金高质量激光焊接提供理论支持。

钛合金及碳纤维复合材料在自行车领域的应用

本文在介绍了先进的钛合金及碳纤维复合材料优异性能的基础上,主要阐述了它们在自行车领域的应用现状并指出了发展方向。

碳纤维钛合金超混杂复合层板残余应力研究

基于复合材料经典层合理论,分别采用解析法、有限元法计算了2/1结构的碳纤维钛合金超混杂复合层板(Ti/PEEK/Cf)0°方向残余应力,并利用应力释放法测定层板残余应力,计算结果与实验结果基本一致。结合解析法和有限元法讨论了加载预应力对层板残余应力分布的影响,当预应力为150 MPa时,残余应力几乎为0 MPa,有利于层板各项综合性能,为后期设计研制出具有最佳性能的层板提供了有价值的理论参考。

钻削工艺对复合材料/金属叠层板孔质量的影响

采用整体硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削试验,研究不同加工工艺下碳纤维复合材料层的孔径误差、孔入口撕裂因子、孔壁表面粗糙度、孔出口烧伤以及碳纤维复合材料孔壁形貌。结果表明,啄式钻削工艺下的钛合金切屑排出更顺畅,避免钛合金切屑对孔的二次伤害。对比3种工艺,变加工参数啄式钻削工艺下的碳纤维复合材料层的孔径误差更小,孔入口处的撕裂因子趋于稳定值且小于1.05,孔壁表面粗糙度更小,孔出口没有明显烧伤。

TiC增强C_f/SiC复合材料与钛合金钎焊接头工艺分析

采用Ag-Cu-Ti-(Ti+C)混合粉末作钎料,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与钛合金,利用SEM,EDS和XRD分析接头微观组织结构,利用剪切试验检测接头力学性能.结果表明,钎焊后钎料中的钛与Cf/SiC复合材料发生反应,接头中主要包括TiC,Ti3SiC2,Ti5Si3,Ag,TiCu,Ti3Cu4和Ti2Cu等反应产物,形成石墨与钛原位合成TiC强化的致密复合连接层.TiC的形成缓解了接头的残余热应力,并且提高了接头的高温性能.接头室温、500℃和800℃高温抗剪强度分别达到145,70,39 MPa,明显高于Cf/SiC/Ag-Cu-Ti/TC4钎焊接头.

C_f/SiC复合材料与钛合金(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合钎焊分析

在适当的工艺参数下,用(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合钎料真空钎焊Cf/SiC复合材料与钛合金,采用SEM,EDS和XRD分析接头组织结构,利用剪切试验检测接头的力学性能.结果表明,钎焊时复合钎料中的钛、锆与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面生成Ti3SiC2,Ti5Si3和少量TiC(ZrC)化合物的混合反应层,在连接层与钛合金界面形成Ti-Cu化合物扩散层.增强相钨粉能有效缓解接头的残余热应力,提高接头力学性能,在连接温度930℃,保温时间20 min的工艺条件下,增强相钨粉含量为15%(体积分数)时,接头抗剪强度最高为166 MPa.

碳纤维复合材料与金属的钎焊试验研究

重点针对碳纤维复合材料与2种金属(钛合金、铌合金)采用含Ti钎料进行了真空钎焊试验,分析了钛合金、铌合金对含Ti钎料真空钎焊碳纤维复合材料与金属接头性能和质量的影响,并观察了碳纤维复合材料和钛合金、铌合金的连接界面的微观组织。研究结果对于碳纤维复合材料与金属的连接、结构优化设计及在重要航天器中的应用具有重要的参考价值。