CFRP复合材料/钛合金叠层螺旋铣孔工艺

利用螺旋铣变偏心距加工的特点,提出了在刀具回程过程中进行二次精加工的工艺策略。通过正交试验研究了回程各工艺参数对CFRP/Ti-6Al-4V叠层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:采用优化参数的回程精加工工艺提高了叠层孔的制孔精度,避免了复合材料孔壁加工损伤,复合材料孔粗糙度均值从Ra3.52降低到Ra1.31,入口撕裂明显改善,钛合金孔出口无毛刺。

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。

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。

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。

CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的现状与展望

综述了近年来国内外对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的研究进展,重点介绍了传统方法钻削CFRP/钛合金叠层材料过程中轴向力和扭矩、钻削温度的测量方法,轴向力和扭矩的变化规律,以及刀具磨损、加工损伤与钻削工艺的关系;对螺旋铣孔、低频振动钻孔和超声辅助振动钻孔的实现方法、运动特点和加工质量进行了分析总结,并对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的应用和研究动向进行了探讨。

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。

纤维/树脂/铝合金叠层复合材料的显微组织与阻尼性能

采用热压固化成形工艺成功制备了纤维 /树脂 /铝合金叠层复合材料。采用扫描电镜分析了铝合金表面处理工艺对叠层复合材料界面显微组织的影响。结果表明 :该种复合材料不仅具有较高的强度和良好的成形加工性 ,而且抗震性能好 ,其振动衰减系数较基体铝合金有较大程度的提高。

碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔工艺试验研究

对复合材料/铝合金叠层在不同工艺参数下使用不同刀具的制孔工艺进行了研究,探讨了工艺参数对孔径精度、表面粗糙度以及铝合金出口毛刺的影响规律。通过回归分析方法建立了制孔质量与工艺参数之间的经验关系,同时对CVD三尖钻和CVD麻花钻的制孔效果进行了对比分析。结果表明,在保证孔径精度和孔壁表面质量及抑制铝合金出口毛刺方面采用三尖钻加工叠层材料更具有优势。

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。

纵向超声振动钻削CFRP/钛合金叠层材料的动态冲击效应分析

为了研究纵向超声振动钻削CFRP/钛合金叠层板的动态冲击效应,将钻头视为一端固定、一端自由的等直径弹性直杆,把刀具-工件系统简化为以超声振动为激励的基础振动系统,建立动力学模型,并通过钻削试验验证了模型的可靠性和实用性。研究结果表明,超声振动产生的动态冲击力幅值,取决于钻头的几何参数和悬伸长度、超声振动的振幅和频率,以及被加工材料的力学特性,与钻削用量(每转进给量和主轴转速)无关;动态冲击力幅值的大小与超声振动的振幅成线性关系,超声振动频率的影响较为微弱;动态冲击力幅值的大小与钻头直径近似为线性关系,与钻头的悬伸长度成非线性关系;超声振动的振幅增大,或钻头直径和悬伸长度增大,都会使动态冲击力幅值增加;加工中的实际动态冲击力的大小与被加工材料的弹性模量和刚性有关,弹性模量和刚性高时,实际动态冲击力也大。这种研究方法和结论对超声振动钻削冲击效应的定量分析和超声振动钻削技术的推广应用提供了参考。

连续陶瓷SiC纤维增强钛基仿生叠层复合材料热加工工艺研究

以韧性金属Ti箔、连续陶瓷Si C纤维、金属间化合物Ti2AlNb箔为原材料,对箔-纤维-箔进行了单元堆叠,采用真空热压和陶瓷SiC纤维编织技术制备了不同热加工工艺参数下的连续陶瓷Si C纤维增强钛基仿生叠层复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对制备态复合材料微观组织形貌和各组元间界面元素分布进行了分析。结果表明,当热加工工艺参数为920℃/30 min/40 MPa时,复合材料各组元间实现理想冶金结合,陶瓷SiC纤维均匀等距分布于韧性金属Ti基体中,韧性金属Ti箔与金属间化合物Ti2AlNb箔通过元素扩散实现了理想冶金结合。

基于主成分分析的CFRP—钛合金叠层材料制孔刀具健康指标构建

CFRP和钛合金两种材料的物理特性差异较大,都属于难加工材料。制孔加工时,制孔刀具的工作状态变化复杂,很快被磨损甚至失效,此后制孔质量便不能得到保证。为了使叠层材料得到最优良均匀的制孔效果,对制孔刀具的健康状态进行合理判断显得尤为重要。而制孔刀具的健康状态判断往往是依赖健康指标,好的健康指标能更准确地判断刀具的健康状态。本文提出的健康指标构建方法是从制孔加工时采集到的各项信号中计算RMS值并手动选择单调性和趋势性最优RMS对应的信号,从该最优的信号中提取多个时频域信号并通过主成分分析方法得到健康指标。经测试表明,构建的健康指标具有良好的单调性和趋势性,能较好地反应制孔刀具加工过程中的健康状态。

CFRP/钛合金叠层钻削中的温度场计算研究

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金构成的叠层钻削中温度尚未准确预测的问题,以传热学基本原理为指导,建立了叠层钻削温度场模型,对钻削温度进行了理论计算;利用有限元方法,通过确定定解条件、区域离散化等步骤编写了计算机程序,使模型可解;进行了叠层钻削实验,通过预埋的极细热电偶获得了钻削过程中界面处特定点的温度,通过测力仪获得了切削力及扭矩等数据;再将测量数据以及加工参数代入模型中,利用其中一点的温度获得了热量传递到工件的效率,将其代回模型中进行了温度场求解,并将其他点处的测量温度与求解结果进行了对比。研究结果表明:计算得到的温度与测量温度值偏差较小,变化趋势相似,精确度较高,可以用来进行叠层钻削过程的温度场预测。

PTFE/CFRP/铝合金叠层材料钻削试验研究

对PTFE/CFRP/铝合金叠层材料进行了钻削试验研究。结果表明:最高钻削温度随主轴转速的增大而增大,但随进给量的增大反而下降;相同钻削参数下,从铝合金侧钻入能获得更低的钻削温度;采用较大的进给量有利于铝合金形成碎屑状切屑,避免带状切屑排出时划伤已加工CFRP表面;采用较低主轴转速和较大的进给量可获得更好的铝合金孔出口质量。

钻头几何角度对CFRP和钛合金叠层制孔的影响

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金叠层结构钻孔刀具寿命低、出入口质量不易保证、影响加工质量和制孔效率等问题。以钻头螺旋角、外缘后角和顶角为主要研究对象,进行试验方案设计,揭示钻头几何角度对叠层结构制孔切削力及出入口质量的影响规律,表明:碳纤维复合材料与钛合金叠层结构制孔的钻头最佳几何角度:螺旋角25°左右,顶角140°左右,外缘后角12°左右。

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/钛合金叠层构件低温钻削的轴向力与成孔质量研究

CFRP和钛合金叠层构件以其优异的性能广泛应用于航空、航天、汽车等领域。二者由于材料加工特性的差异,需要采用不同的钻削工艺参数才能获得满意的加工质量。为保证孔同轴度和加工效率,通常采用同一参数一体钻孔。一体钻孔会导致孔的界面烧伤、复材表面划伤、孔径一致性差等问题。为解决上述问题,提出一种低温钻孔工艺,通过钻削试验,研究低温条件下CFRP/钛合金叠层构件钻孔的轴向力、孔径一致性和表面质量。试验表明,低温条件下CFRP/钛合金叠层构件钻孔的轴向力增加,孔径一致性和表面质量均得到改善,证明了低温下CFRP/钛合金叠层构件一体钻孔的可行性。