周丽[1]2017年在《CFRP/Ti叠层材料制孔关键技术》文中认为先进材料的快速发展与应用,使飞行器构件的性能与结构强度得到极好的优化。碳纤维复合材料与合金组成的叠层材料也跻身于先进材料之列,而因其材料特性的叠加,钻孔质量并不理想。以碳纤维增强复合材料和钛合金叠层材料为钻孔实验对象,二者均为难钻削材料,在刀具磨损和钻孔质量上都迎接着严峻的挑战。针对钻孔质量要求与生产效率最优化,本文围绕着钻孔加工中的关键技术进行实验研究。具体研究工作如下:首先,对单一碳纤维增强材料进行钻孔实验研究。通过设计正交实验组,对实验数据进行极差分析,讨论工艺参数、钻头种类等对碳纤维复合材料钻孔质量的影响程度;通过钻孔分层模型,推导复合材料出口裂纹扩展时临界轴向力,对比麻花钻和阶梯钻临界轴向力关系以及孔的出口质量。其次,对叠层材料进行钻孔加工实验。利用单因子变量法分析钻削参数、叠层顺序、刀具涂层与钻削轴向力的关系;依据刀具磨损机理,讨论钻削叠层材料的刀具磨损类型以及钻孔入口形貌。然后,以麻花钻钻削叠层材料为例,应用ABAQUS软件对钻削过程进行数值分析仿真。利用Hashin失效准则对碳纤维增强复合材料进行失效判断,分析钻孔过程中钻削力的变化以及孔出入口的破坏情况。最后,利用阻尼器消耗振动能原理,对钻削系统进行减振,辅助叠层材料钻削加工。采用液压阻尼器均匀分布于夹具下部,实现钻削系统减振功能;实验中,钻削推力显著降低,孔出入口质量也有所提高。
贺虎[2]2011年在《碳纤维复合材料钻削力与孔质量研究》文中认为碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics—CFRP)由于其具有高的比强度、比模量、比刚度,以及热膨胀系数小、抗疲劳性能好、及耐腐蚀等优点,被广泛的应用于航空航天、国防、工业、体育等领域。CFRP的钻削加工是在CFRP结构件上安装紧固件过程中频繁的操作工艺,但由于CFRP具有强度大、硬度高、各向异性等特点,孔的加工质量难以保证,是典型的难加工材料。本文针对CFRP的难加工性,对CFRP钻削过程中的钻削力和孔质量开展了相关的基础和试验研究,主要工作包括:(1)采用了YG6X整体硬质合金麻花钻和两种结构的钎焊金刚石套料钻进行钻削CFRP试验,对麻花钻和套料钻的钻削加工过程进行了分析,研究了工艺参数对钻削力的影响,并对比了硬质合金麻花钻和钎焊金刚石套料钻钻削加工中的钻削力和磨损情况,认为钎焊金刚石套料钻适合用来加工CFRP。(2)分析了硬质合金麻花钻和钎焊金刚石套料钻加工孔的出入口撕裂产生的原因,研究了工艺参数对孔出入口撕裂大小的影响,对比了麻花钻和套料钻加工孔的出入口质量,发现钎焊金刚石套料钻能更高效的获得良好的孔出入口质量。(3)对CFRP孔的分层进行了氯化金渗透液检测,分析了麻花钻和套料钻加工CFRP时孔内部分层产生的原因,对比了两种钻头加工孔产生分层的特点,提出了减少分层的方法。(4)观察了孔壁的表面形貌,分析了纤维方向和切削方向间的夹角对孔壁表面粗糙度的影响,对比了两种钻头加工孔的孔壁形貌特点,发现夹角周期性地变化,导致了孔壁不同区域的表面质量不同。
张厚江[3]1998年在《碳纤维复合材料(CFRP)钻削加工技术的研究》文中认为碳纤维增强复合材料(简称碳纤维复合材料)具有比强度、比模量高、抗疲劳性能好、耐热性能优良等优点,已广泛用于航空、航天、汽车、体育娱乐及其它领域。 本文对碳纤维复合材料钻削技术尤其是高速钻削技术和高质量制孔技术进行了研究。为进行碳纤维复合材料高速钻削试验,专门研制了卧式和立式两种复合材料高速钻削试验台。使用结果表明两种高速钻削试验台是国内复合材料高速钻削研究和其他材料的小孔高速钻削研究比较好的试验装置。 以碳纤维复合材料直角自由切削为对象,探讨了碳纤维复合材料在切削过程中的切削变形、切屑形成等问题,对直角自由切削的切削力进行了理论推导,得到了较为满意的数学关系式。 对碳纤维复合材料高速钻削时的钻削力进行了试验研究,探讨了切削参数变化对钻削力的影响,建立了具有实用价值的综合考虑主轴(钻头)转速、进给速度、钻头直径影响的钻削力经验公式。 碳纤维复合材料的孔壁表面微观形态是孔加工质量的重要特征之一。本文利用电子显微镜对孔壁表面微观形态进行了详细观察分析,首次得到了许多孔壁表面微观形态的SEM照片,并得出了很多有益的结论。 碳纤维复合材料孔出口缺陷包括撕裂和毛边等两部分,本文对两者的典型形式进行了模型总结,认为撕裂的形成过程包括横刃作用和主切削刃作用两个阶段,并根据钻削试验结果探讨了钻削参数变化对撕裂大小的影响。 分层是碳纤维复合材料孔加工的最主要缺陷之一,对钻孔后不同深度每一层间的分层具体情况的研究到目前还是个空白点。本文阐述了作者摸索到的两种层间分层检测方法,即氯化金滲透液检测法和声学显微镜检测法,首次成功地检测出不同深度各层间分层的确切情况,建立了孔加工分层立体模型,探讨了各层间分层尺寸与钻削参数间的关系,并从理论角度对分层进行了研究。 本文最后对碳纤维复合材料高质量制孔技术进行了试验研究,给出了几种金刚石钻头的结构,经钻削试验发现金刚石钻头是碳纤维复合材料高质量制孔的良好工具和今后发展方向。
周小龙[4]2013年在《复杂螺旋面钻尖钻削碳纤维复合材料（CFRP）的理论及实验研究》文中研究说明碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics-CFRP)因其具有轻质、比模量高、抗疲劳和耐热性能好等诸多优点,被广泛应用于航空航天、化工机械,交通运输、体育器械和纺织等领域。但是由于CFRP的自身特点,在钻削加工过程中易产生分层,撕裂,毛刺等缺陷,而钻削加工又是CFRP使用中最普遍的一项加工工艺,占了所有加工工艺的40%,故CFRP的钻削研究一直是机械加工领域备受关注的研究课题。本文针对CFRP的难加工性,使用复杂螺旋面钻尖对CFRP进行钻削研究,主要工作包括：(1)介绍了CFRP的应用和钻削加工方面的研究进展,总结了目前CFRP钻削中存在的问题,提出使用复杂螺旋面钻尖钻削CFRP,并介绍了复杂螺旋面钻尖钻削CFRP的优点。(2)阐述了复杂螺旋面钻尖与普通螺旋面钻尖后刀面的区别,根据钻尖的刃磨原理,建立了复杂螺旋面钻尖的数学模型,并对钻尖“S"型横刃作了详细的分析。(3)对CFRP钻削时易产生的缺陷进行了介绍,并通过建立麻花钻钻削力模型,对主要缺陷产生的原因进行了分析,同时制订了孔出入口质量的评定方法。(4)采用单因素实验方案进行钻尖最优几何参数的选取,在分析各几何参数对钻孔缺陷影响的基础上,得到钻削CFRP时钻尖的最优几何参数。(5)采用正交实验来分析工艺参数对制孔缺陷的影响,通过分析得出钻削CFRP时应采用的工艺范围。
田勇[5]2015年在《碳纤维复合材料钻孔缺陷研究与刀具优化设计》文中指出碳纤维复合材料（简称CFRP）是如今被广泛应用于军事和民用各个领域的一种先进的复合材料，其具有优异的力学性能。然而，由于碳纤维复合材料是由纤维束与树脂基层铺而成，致使其具有各向异性的特点，导致针对它的二次加工遇到了很多新的问题，尤其是制孔加工，会出现一种特有的加工缺陷（分层缺陷）；除此之外，还存在毛刺、撕裂等缺陷。而且由于材料导热性能差和硬度高的特性，也出现了刀具寿命低的现象。这些问题已经成为了制约CFRP高效率、高质量加工的重要因素。针对上述问题，本文在深入研究CFRP切削机理的基础上，将对不同刀具钻削过程力的变化规律进行分析，借助试验分析的方法研究切削力在不同切削参数下的变化规律。并进行不同刀具参数与不同切削参数对分层缺陷影响进行试验研究，对比分析分层检测结果，优化刀具切削参数。本文将主要进行以下几个方面的研究：首先，针对CFRP的二元直角自由切削模型进行深入研究，分析切削过程中，纤维方向与切削方向所成夹角，对切削形变和切屑形成产生的影响，从理论上对其切削机理进行研究。分析不同钻头在钻削加工碳纤维复合材料过程中切削力的分布及变化情况，确定制孔缺陷的主要类型。然后，采用试验分析方法建立轴向力的回归模型，推导轴向力的二元经验公式。针对分层缺陷设计广义双顶角钻头，并与某知名刀具公司合作进行试制，生产出满足使用要求的钻头。开展碳纤维复合材料的钻削试验研究，分析刀具几何参数和切削参数对分层缺陷的影响。其次，利用C扫描显微镜检测方法进行碳纤维复合材料板材的检测试验研究，对钻削CFRP孔出入口表面层间分层的形貌进行分析，进而建立钻孔分层缺陷的立体分层模型。基于CFRP的层铺方式研究，分析叠合层的主刚度方向对孔出入口处分层形貌的影响。最后，对分层检测的结果进行分析研究，采用极差分析的方法，寻找刀具几何参数对分层缺陷的影响，进而优化刀具几何参数，并采用Origin研究刀具几何参数对分层缺陷尺寸的影响规律；运用MATLAB分析切削参数对分层缺陷的影响变化规律，并采用多元非线性回归分析法推导主轴转速、进给速度对CFPR钻孔出入口处各层间分寸尺寸的影响关系公式。
鲍永杰[6]2006年在《碳纤维增强复合材料钻削的若干研究》文中进行了进一步梳理碳纤维复合材料(CFRP)作为一种先进的复合材料，具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸振性好等一系列优点，在航空航天、汽车等领域已有广泛的应用。但是CFRP力学性能呈各向异性，机械加工条件比较恶劣，层间强度低，切削时在切削力的作用下容易产生分层、撕裂等缺陷，钻孔时尤为严重，加工质量难以保证，是典型的难加工材料。 针对CFRP的难机械加工特点，本论文的主要进行了以下几个方面的研究： 1)在总结了CFRP钻削加工中产生的各种缺陷类型的基础上，分析了缺陷的形成原因，并建立了缺陷形成机理模型：以CFRP的二元切削为对象，在分析复合材料在切削过程中的切削变形、切屑形成等问题基础上，针对其中一种切削变形方式，对二元切削的切削力进行了理论推导；同时对钻削过程中产生的轴向力进行了理论推导，给出了各个钻削参数与轴向力之间的关系。根据CFRP缺陷特点，提出了评价毛刺和撕裂等缺陷的两种新方法：比长度法、比面积法；并对高质量钻孔给出了合理建议。 2)针对传统的CFRP钻孔加工工艺易产生毛刺缺陷等问题，开展了“以磨代钻”新工艺的研究，研制了电镀超硬磨料钻磨刀具，建立了新型电镀超硬磨料钻磨刀具的钻削模型，分析了少无缺陷钻孔的机理，并通过与硬质合金钻头钻孔质量对比，获得了良好的加工效果：对电镀超硬磨料钻磨刀具进行了磨损试验，并与硬质合金钻头进行对比，得出结论：电镀超硬磨料钻磨刀具寿命远高于硬质合金钻头，采用电镀超硬磨料钻磨刀具能够提高加工效率，降低加工成本。 3)构建了CFRP钻削加工切削力检测系统及钻削加工实验装置，针对两种典型的CFRP进行钻削试验研究。试验比较了传统的硬质合金钻头与电镀超硬磨料钻磨刀具加上CFRP时的钻削力，探讨了切削参数变化对钻削力的影响规律，给出了合理的切削参数范围。 试验结果表明：与传统的硬质合金钻头加工相比较，电镀超硬磨料钻磨刀具不仅能够有效地避免加工过程产生毛刺和撕裂等缺陷，提高了加工质量，而且能够获得的满意的加工效率。
金超[7]2017年在《CFRP钻削加工排屑仿真及实验研究》文中研究指明现阶段碳纤维复合材料钻削加工产生切屑的排出方式,仍然以人工手持吸尘器排屑为主,这种排屑方式效率低,降低CFRP制孔质量且污染环境,吸气式内排屑钻削刀具作为吸气式自排屑系统的重要组成部分,它能够有效地解决CFRP切屑无法及时排出的问题,已成为现阶段国内外CFRP钻削加工排屑技术研究的重点,而如何在保证其排屑性能的前提下选择合理钻削加工参数与排屑负压具有重要的实际应用价值与切实的现实意义。首先,阐述吸气式内排屑系统结构组成与工作原理,对CFRP钻削过程中影响排屑效率的各因素加以分析,以自主研制的CFRP钻削专用聚晶金刚石内排屑刀具为研究对象,建立排屑仿真的流动控制方程,内排屑刀具流道内湍流模型,近壁区模型。其次,在研究CFRP切屑性质的基础上,计算切屑颗粒在排屑流道内的排屑气流速度,基于流体仿真软件Fluent、三维建模软件建立内排屑刀具三维流道模型,使用Gambit划分网格,对内排屑钻削刀具进行流体力学仿真。仿真过程中使用压力耦合算法SIMPLEC求解计算方程,实现刀具内气流场的数值模拟,获得压力、速度与湍动能分布情况,进而对内排屑刀具的排屑特性进行分析研究。再次,内排屑钻削刀具的转速与出口负压的变化会对内排屑刀具排屑的效果产生影响,进而发生堵屑或切屑无法排出的现象,根据CFRP切屑颗粒排屑过程的瞬时受力分析,应用流体仿真软件Fluent建立排屑估算模型,得到了自主研制的CFRP钻削专用聚晶金刚石内排屑刀具出口负压值、刀具转速与排屑性能之间的关系,预测了该刀具的排屑性能。最后,通过真空发生器完成吸气泵的改造,进而完成钻削机床的改造,搭建CFRP吸气式内排屑钻削试验系统,在设计工况下,通过对比实验对比不同工况下CFRP实际钻削过程产生切屑排出的时间与切屑排出效果,对所研制的内排屑刀具排屑性能进行评价,检验仿真结果的准确性。
陈燕, 葛恩德, 傅玉灿, 苏宏华, 徐九华[8]2015年在《碳纤维增强树脂基复合材料制孔技术研究现状与展望》文中指出碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有优越的物理和力学性能,已在航空制造工业中得到大量应用。在主承力结构中,CFRP与金属材料的连接通常为机械连接。然而,CFRP的各向异性严重影响了其制孔质量。由于CFRP和金属具有截然不同的材料属性,CFRP/金属叠层结构制孔技术成为飞机装配过程中的一大难题。本文首先阐述了CFRP及其叠层结构在切削过程中的切屑形成机制、钻削力和钻削热的研究现状;其次,剖析了钻削过程中典型加工损伤,如毛刺与撕裂、分层缺陷及孔壁表面损伤的产生原因和影响因素;然后,介绍了CFRP制孔刀具材料和几何结构的优化设计研究进展,并综述了螺旋铣孔、变工艺参数钻削、"以磨代钻"和振动辅助制孔等多种CFRP及其叠层结构加工新技术及钻削过程的仿真研究。最后,借鉴钎焊工具和超声振动技术的独特优势,提出了磨粒有序排布钎焊金刚石工具的超声振动加工构想,以达到CFRP及其叠层结构的精密高效制孔加工这一目的。
郭琼, 李庆飞[9]2015年在《碳纤维复合材料制孔分层缺陷的研究》文中提出在碳纤维增强复合材料(CFRP)的钻削制孔加工中,分层损伤是最重要的一类缺陷,严重影响孔的连接装配性能及材料的使用寿命。本文探讨了高强度型T800/X850 CFRP钻削加工中制孔分层缺陷的形成机理,通过试验研究了钻削参数对CFRP制孔分层缺陷的影响规律。结果表明选择高转速、低进给的钻削参数来进行钻削加工,有利于降低分层损伤。在相同的轴向力作用下,无涂层匕首钻表现出更优异的切削性能。
安立宝, 张迎信[10]2018年在《碳纤维复合材料钻削仿真及轴向力预测》文中研究指明为了研究钻削加工中切削用量和刀具几何参数对钻削质量的影响,利用ABAQUS软件模拟研究了碳纤维复合材料的钻削过程。以主轴转速、进给量、钻头顶角为设计变量,基于响应曲面法构建了钻削轴向力预测模型,并分析了各变量对轴向力的影响。结果表明:轴向力随主轴转速的增加而降低,随进给量和顶角的增加而增加;对轴向力大小的影响顺序依次为:进给量、转速、顶角。预测模型具有较高的置信度,在实际加工中宜采用较高的主轴转速、较小的进给量和钻头顶角,以降低碳纤维复合材料钻削轴向力,改善钻孔质量。
参考文献：
[1]. CFRP/Ti叠层材料制孔关键技术[D]. 周丽. 沈阳航空航天大学. 2017
[2]. 碳纤维复合材料钻削力与孔质量研究[D]. 贺虎. 南京航空航天大学. 2011
[3]. 碳纤维复合材料(CFRP)钻削加工技术的研究[D]. 张厚江. 北京航空航天大学. 1998
[4]. 复杂螺旋面钻尖钻削碳纤维复合材料（CFRP）的理论及实验研究[D]. 周小龙. 东北大学. 2013
[5]. 碳纤维复合材料钻孔缺陷研究与刀具优化设计[D]. 田勇. 哈尔滨理工大学. 2015
[6]. 碳纤维增强复合材料钻削的若干研究[D]. 鲍永杰. 大连理工大学. 2006
[7]. CFRP钻削加工排屑仿真及实验研究[D]. 金超. 哈尔滨理工大学. 2017
[8]. 碳纤维增强树脂基复合材料制孔技术研究现状与展望[J]. 陈燕, 葛恩德, 傅玉灿, 苏宏华, 徐九华. 复合材料学报. 2015
[9]. 碳纤维复合材料制孔分层缺陷的研究[J]. 郭琼, 李庆飞. 科技视界. 2015
[10]. 碳纤维复合材料钻削仿真及轴向力预测[J]. 安立宝, 张迎信. 机械科学与技术. 2018
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