大厚度碳纤维复合材料变参数制孔工艺研究
发布时间：2021-01-06 06:58
大厚度碳纤维复合材料（CFRP）在大型飞机构件上应用广泛,经常需要对其进行大量的深孔加工.采用固定钻削参数加工工艺会导致钻削过程中热量严重累积,树脂高温软化,进而引起材料性能下降,严重影响制孔质量.因此为确定合适的加工工艺参数,研究深孔钻削过程中不同区段工艺对质量的影响,先对大厚度复合材料板钻削加工区段进行了划分,通过实验分析研究钻削过程中不同钻削阶段的热力学特性,得出了不同钻削阶段合适的钻削参数.在此基础上,以加工质量和效率为目标,提出一种分阶段变参数钻削大厚度复合材料板工艺方法,发现采用此种方法可以降低钻削过程产热以及出口位置轴向力,同时保证出口质量和孔壁质量,提高加工效率,是一种有效的新型加工工艺方案.
【文章来源】：大连理工大学学报. 2020,60(06)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
钻削过程中3个钻削阶段的划分
为了得到深孔钻削过程中不同加工参数下的力热影响规律,本实验使用光洋GONA五轴加工中心进行钻削制孔实验,如图2所示,钻削过程中温度采用螺旋测温仪测量,其通过BT40刀柄安装在机床主轴上,钻头上的热电偶丝通过内冷孔连接到螺旋测温仪中,采样频率为1 Hz.钻削过程中力的测量使用Kistler 9257B型测力仪,其水平安装在机床卡盘上,在其上方使用专用夹具水平装夹复合材料板,钻头进给方向竖直向下,采样频率为3 kHz.共进行21组全因素实验,每组实验重复3次,如表2所示,所有实验均在干式切削的情况下进行,为减少刀具磨损的影响,每3次实验更换一次刀具.表2 钻削实验参数Tab.2 Drilling experiment parameters 水平 每齿进给量/(mm·r-1) 转速/(r·min-1) 1 0.01 1 000 2 0.03 3 000 3 0.05 5 000 4 0.10 - 5 0.15 - 6 0.20 - 7 0.25 -
单个孔制孔过程中,由于在稳定钻削阶段钻尖全部没入板材中,切削过程中力的变化较小,变化的状态量是温度,通过比较不同温度位置的孔壁质量差异便可以得出温度对孔壁质量的影响.如图3所示为转速为5 000 r/min,每齿进给量为0.05 mm/r的加工参数下,入口和出口的温度与孔壁显微形貌对比.在稳定钻削过程中,入口和出口温度差异明显,刀具刚刚钻入时,入口的温度上升很少,几乎接近室温,由于此时树脂的模量较高,其对纤维的支撑能力强,使得纤维在被剪断的过程中弯曲变形范围较小,产生的凹坑也较小;而当温度较高时,树脂软化使得其对纤维的包裹支撑性能也大大降低,特别是在135°纤维方向,纤维产生了更大范围的弯曲变形,导致切削面以下开裂严重,纤维断裂位置更深,产生了更深的凹坑,如图4所示,因此导致出口处的孔壁粗糙度大于入口[19].
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷却空气流向对CFRP制孔刀具磨损及孔质量的影响[J]. 王福吉,成德,赵猛,付饶. 复合材料学报. 2019(02)
[2]双顶角钻头钻削CFRP复合材料的刀具磨损机制[J]. 钱宝伟,刘巍,贾振元,付饶,白玉,何春伶. 复合材料学报. 2017(04)
[3]碳纤维复合材料切削加工技术研究进展[J]. 陈涛,苗光,李素燕. 哈尔滨理工大学学报. 2016(02)
[4]复合材料在新一代大型民用飞机中的应用[J]. 马立敏,张嘉振,岳广全,刘建光,薛佳. 复合材料学报. 2015(02)
[5]混合变参数振动钻削纤维增强复合材料的研究[J]. 张林波,王立江,王昕. 汽车技术. 2001(11)
[6]三区段变参数振动钻削微孔的研究[J]. 杨兆军,王立江,王立平. 机械工程学报. 2001(03)
[7]低频振动钻削时微小钻头钻入横向偏移的研究[J]. 王立平,杨兆军,王立江,杨叔子. 中国机械工程. 1998(12)
博士论文
[1]CFRP切削加工损伤成因及其评价方法[D]. 殷俊伟.大连理工大学 2018
[2]CFRP低损伤钻削制孔关键技术研究[D]. 付饶.大连理工大学 2017
[3]切削力和热对C/E复合材料制孔损伤的影响机理[D]. 王奔.大连理工大学 2014
[4]C/E复合材料制孔缺陷成因与高效制孔技术[D]. 鲍永杰.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]航空叠层材料变参数制孔工艺研究[D]. 韦学文.南京航空航天大学 2019
[2]双顶角钻尖几何参数对碳纤维复合材料钻削轴向力和制孔分层的影响[D]. 何春伶.大连理工大学 2016
[3]航空材料制孔缺陷抑制及工艺研究[D]. 胡坚.南京航空航天大学 2016
[4]碳纤维增强复合材料钻削温度与孔质量试验研究[D]. 蔡建国.福州大学 2014
[5]碳纤维复合材料钻削轴向力及刀具磨损的试验研究[D]. 魏良耀.南京理工大学 2013
本文编号：2960134
【文章来源】：大连理工大学学报. 2020,60(06)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
钻削过程中3个钻削阶段的划分
为了得到深孔钻削过程中不同加工参数下的力热影响规律,本实验使用光洋GONA五轴加工中心进行钻削制孔实验,如图2所示,钻削过程中温度采用螺旋测温仪测量,其通过BT40刀柄安装在机床主轴上,钻头上的热电偶丝通过内冷孔连接到螺旋测温仪中,采样频率为1 Hz.钻削过程中力的测量使用Kistler 9257B型测力仪,其水平安装在机床卡盘上,在其上方使用专用夹具水平装夹复合材料板,钻头进给方向竖直向下,采样频率为3 kHz.共进行21组全因素实验,每组实验重复3次,如表2所示,所有实验均在干式切削的情况下进行,为减少刀具磨损的影响,每3次实验更换一次刀具.表2 钻削实验参数Tab.2 Drilling experiment parameters 水平 每齿进给量/(mm·r-1) 转速/(r·min-1) 1 0.01 1 000 2 0.03 3 000 3 0.05 5 000 4 0.10 - 5 0.15 - 6 0.20 - 7 0.25 -
单个孔制孔过程中,由于在稳定钻削阶段钻尖全部没入板材中,切削过程中力的变化较小,变化的状态量是温度,通过比较不同温度位置的孔壁质量差异便可以得出温度对孔壁质量的影响.如图3所示为转速为5 000 r/min,每齿进给量为0.05 mm/r的加工参数下,入口和出口的温度与孔壁显微形貌对比.在稳定钻削过程中,入口和出口温度差异明显,刀具刚刚钻入时,入口的温度上升很少,几乎接近室温,由于此时树脂的模量较高,其对纤维的支撑能力强,使得纤维在被剪断的过程中弯曲变形范围较小,产生的凹坑也较小;而当温度较高时,树脂软化使得其对纤维的包裹支撑性能也大大降低,特别是在135°纤维方向,纤维产生了更大范围的弯曲变形,导致切削面以下开裂严重,纤维断裂位置更深,产生了更深的凹坑,如图4所示,因此导致出口处的孔壁粗糙度大于入口[19].
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷却空气流向对CFRP制孔刀具磨损及孔质量的影响[J]. 王福吉,成德,赵猛,付饶. 复合材料学报. 2019(02)
[2]双顶角钻头钻削CFRP复合材料的刀具磨损机制[J]. 钱宝伟,刘巍,贾振元,付饶,白玉,何春伶. 复合材料学报. 2017(04)
[3]碳纤维复合材料切削加工技术研究进展[J]. 陈涛,苗光,李素燕. 哈尔滨理工大学学报. 2016(02)
[4]复合材料在新一代大型民用飞机中的应用[J]. 马立敏,张嘉振,岳广全,刘建光,薛佳. 复合材料学报. 2015(02)
[5]混合变参数振动钻削纤维增强复合材料的研究[J]. 张林波,王立江,王昕. 汽车技术. 2001(11)
[6]三区段变参数振动钻削微孔的研究[J]. 杨兆军,王立江,王立平. 机械工程学报. 2001(03)
[7]低频振动钻削时微小钻头钻入横向偏移的研究[J]. 王立平,杨兆军,王立江,杨叔子. 中国机械工程. 1998(12)
博士论文
[1]CFRP切削加工损伤成因及其评价方法[D]. 殷俊伟.大连理工大学 2018
[2]CFRP低损伤钻削制孔关键技术研究[D]. 付饶.大连理工大学 2017
[3]切削力和热对C/E复合材料制孔损伤的影响机理[D]. 王奔.大连理工大学 2014
[4]C/E复合材料制孔缺陷成因与高效制孔技术[D]. 鲍永杰.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]航空叠层材料变参数制孔工艺研究[D]. 韦学文.南京航空航天大学 2019
[2]双顶角钻尖几何参数对碳纤维复合材料钻削轴向力和制孔分层的影响[D]. 何春伶.大连理工大学 2016
[3]航空材料制孔缺陷抑制及工艺研究[D]. 胡坚.南京航空航天大学 2016
[4]碳纤维增强复合材料钻削温度与孔质量试验研究[D]. 蔡建国.福州大学 2014
[5]碳纤维复合材料钻削轴向力及刀具磨损的试验研究[D]. 魏良耀.南京理工大学 2013
本文编号：2960134
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