机器人旋转超声钻削与机床钻削CFRP/铝合金叠层构件切削力对比实验研究

针对现有机器人钻削叠层构件时存在颤振显著、钻削力大等问题,采用超声加工与机器人加工相结合的技术,实现CFRP/铝合金叠层的高效低损伤加工方法。开展了机器人旋转超声钻削(RRUD)、机器人钻削(RD)和机床钻削(MD)叠层构件钻削力对比实验。实验结果表明,与机床钻削相比,机器人钻削的钻削力显著恶化,钻削CFRP和铝合金时最大增幅分别达到28.19%和61.73%。旋转超声振动的引入有效抑制了钻削力的增大,当主轴转速为5000r/min时,机器人旋转超声钻削力接近机床钻削。

CFRP/铝合金叠层构件旋转超声钻削温度研究

碳纤维复合材料(CFRP)/铝合金叠层的钻孔机理不同于单层材料钻孔,铝合金切屑在排出孔外过程中因切削温度过高会烧伤CFRP孔壁。为了改善CFRP叠层构件加工质量,将旋转超声钻削技术(RUM)引入到该材料的加工中。针对叠层构件钻削温度过高的问题,开展了旋转超声钻削试验研究,阐明了主轴转速、进给速度及超声振幅对钻削温度的影响规律。采用多元回归分析,分别建立了CFRP和铝合金的钻削温度指数预测模型。通过对比预测值和试验值,验证了钻削温度模型构建的合理性和有效性。

卫星用CFRP/铝合金叠层套钻孔工艺

针对卫星框架产品中CFRP/铝合金叠层结构制孔精度差、缺陷多的问题,优化改进此类叠层结构制孔工艺。通过总结CFRP/金属叠层结构的特点并进行分类,分析传统制孔、螺旋铣孔和套钻制孔的钻削机理,开展对比试验,通过对孔径尺寸、孔壁质量、贴片脱落数的综合评定,确定最优加工工艺方案;通过单因素对比试验研究了加工参数对叠层结构孔加工质量和加工精度的影响规律,并依此优化工艺参数。试验结果显示:采用套钻制孔,可明显提高制孔质量与制孔精度。确定最优加工参数组合为主轴转速3000~4000r/min,进给速度30~40mm/min,该工况下孔径尺寸符合公差要求且加工缺陷少,孔壁表观质量好。

CFRP/钛合金叠层构件陀螺铣孔方法

陀螺铣孔方法在普通螺旋铣孔的基础上,通过将铣刀倾斜一定的角度,使其在自转的同时围绕孔中心轴线做圆锥摆动式公转,以减少轴向力、提高制孔质量。利用陀螺铣孔方法对碳纤维增强复合材料(CFRP)/钛合金叠层构件进行制孔,分析了陀螺铣孔方法下制孔入口和出口阶段的材料去除速率、刀具侧刃和底刃的切削比例、底刃速度零点等。与普通螺旋铣孔相比,陀螺铣孔方法不会引起制孔入口和出口阶段材料去除速率的突变、其侧刃和底刃切削比例变大、底刃速度零点不进行切削。通过试验研究了制孔轴向力、切削温度的变化情况,发现陀螺铣孔方法可显著减小轴向力和切削温度。利用扫描电镜(SEM)对孔壁的表面质量进行了观测,发现陀螺铣孔方法可以消除CFRP孔入口部位的分层现象,且CFRP和钛合金材料的过渡部位也未产生明显的损伤。研究结果表明,陀螺铣孔方法有助于提高CFRP/钛合金叠层构件的制孔质量,具有潜在的工业应用价值.

CFRP/Ti叠层构件钻削过程中硬质合金刀具磨损特性

为研究硬质合金刀具钻削CFRP/Ti叠层构件和钛合金时崩刃失效问题,采用硬质合金刀具对叠层构件和钛合金进行对比钻削试验,并对加工过程中的钻削力、钻削温度以及后刀面磨损长度进行分析,讨论刀具寿命不同的原因。结果表明:在相同条件下,与单独钻削钛合金相比,硬质合金刀具钻削CFRP/Ti叠层构件寿命更长;刀具发生崩刃失效之后,崩刃区被大量钛粘焊物覆盖,即刀具崩刃后导致切削力及切削温度的急剧增大,使得在崩刃区域极易产生粘焊现象;钻削CFRP/Ti叠层构件与钻削钛合金相比,由于CFRP板的存在,会延缓刀具崩刃失效现象,但是无法避免崩刃失效的发生。

CFRP/Ti6Al4V叠层构件大螺距螺旋铣孔试验研究

提出了一种大螺距螺旋铣孔工艺。首先,通过对切削参数协同优化、加工设备性能需求等方面的深入分析,探讨了该项工艺实施的可行性。接着,进行了CFRP/Ti6Al4V叠层构件大螺距螺旋铣孔与钻孔的对比试验。分析发现,大螺距螺旋铣孔的孔口与壁面质量及贴合面处孔径精度都优于钻孔;层间切削力突变,Ti6Al4V高温切屑烧(划)伤CFRP壁面等问题,使大螺距螺旋铣削叠层构件的贴合面处孔径精度和孔面质量仍需进一步提高。研究成果为后续探索大螺距螺旋铣孔的工艺优化措施提供了一定的试验依据。

叠层方式影响叠层构件大螺距螺旋铣孔研究

研究了叠层方式对大螺距螺旋铣孔航空叠层构件制孔质量的影响。通过对叠层方式影响大螺距螺旋铣削CFRP/Ti6Al4V叠层构件的简要分析,制定了叠层次序和叠层夹紧两种优化方案,并进行了相应制孔试验。分析发现,大螺距螺旋铣削CFRP/Ti6Al4V叠层构件应优选CFRP侧切入,若必须从Ti6Al4V切入时,则应选取传统钻削。层间夹紧既改善了CFRP/Ti6Al4V贴合面处孔径精度和孔口缺陷,也能避免了层间缝隙残留切屑,明显优于叠层未采取夹紧时的加工结果。研究成果为合理制定CFRP/Ti6Al4V叠层构件一体化制孔工艺和结构设计提供了参考。

航空用CFRP/Ti叠层材料制孔工艺综述

文章基于CFRP/Ti叠层材料构件的加工特性,综述了CFRP/Ti叠层构件制孔工艺的研究现状。

机器人旋转超声钻削CFRP/铝合金叠层材料的钻削力实验研究

针对机器人钻削(RCD)CFRP/铝合金叠层材料中钻削力过大引起柔性机器人姿态变形、影响制孔精度与质量的问题,提出了一种机器人旋转超声钻削方法(RRUD),实现钻削力的减小。实验结果显示:加入旋转超声后机器人钻削力显著减小,麻花钻与机器人旋转超声加工系统的匹配性优于三尖钻。采用小进给、高转速的工艺参数可以进一步减小机器人钻削力。为机器人旋转超声钻削CFRP/铝合金叠层材料的钻削力优化提供了参考与依据。

钻孔过程中切削温度对CFRP亚表面的影响

研究了碳纤维增强聚合物(CFRP)/Ti叠层构件钻孔时切削温度对钻孔质量的影响,分析了有无钛合金支撑层制孔时CFRP的切削力、切削热、孔壁表面和亚表面质量,并提出了亚表面损伤评价方法。结果表明,钻孔时钛合金支撑层对CFRP切削力及表面质量的影响较小,但对切削温度和亚表面质量影响显著。刀具同时加工钛合金和CFRP时会产生大量切削热,导致CFRP孔出口处温度大幅升高,高温导致CFRP树脂基体的刚度和粘结性能下降,使得CFRP孔出口附近纤维层上出现了严重的亚表面损伤。同时,采用提出的亚表面损伤评价方法对亚表面损伤进行评价,发现靠近出口处的纤维层亚表面损伤最为严重。在远离出口平面的方向上,亚表面损伤程度逐渐降低。因此,CFRP/Ti叠层构件钻孔过程中切削温度显著影响CFRP孔的亚表面质量,且亚表面的损伤程度是评价CFRP加工质量的重要因素。