CFRP/Al叠层结构钻铰锪一体制孔切削力建模与预测技术

发布时间：2024-02-25 03:01

　　针对钻铰锪复合刀具一体制孔过程,构建瞬时切削力模型,为制孔切削力优化、抑制CFRP/Al叠层结构的制孔缺陷提供理论依据。将CFRP/Al叠层结构钻铰锪一体制孔过程拆分为钻削、铰削、锪窝,基于CFRP与Al的细观斜角切削模型,分别建立钻削、铰削、锪窝过程的动态切削力(轴向力与扭矩)模型。根据切削特点及所处切削状态对制孔过程进行阶段划分,利用钻削、铰削以及锪窝的切削力模型,计算出相应阶段的切削力。根据工作前角数学模型,分别建立钻削、铰削、锪窝过程的前角均值、剪切角均值和摩擦角均值的数学模型,并且给出纤维方向角关于时间的变化模型。基于接触力学理论建立横刃的切削力模型,最终形成CFRP/Al叠层结构钻铰锪一体制孔刀具的瞬时切削力的模型。最后,搭建制孔试验平台,进行钻铰锪一体制孔试验,验证瞬时切削力模型的正确性与可靠性。

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【部分图文】：

图1传统制孔技术与一体制孔技术对比

机械科学与技术第35卷国防军工新产品的研制与生产中起到了不容忽视的作用［1-3］。但在航空领域，CFRP目前并不能完全取代铝合金等金属材料。因此，在飞机结构中出现了大量的CFRP/Al叠层结构。制孔是飞机制造装配中的关键环节。传统的制孔加工是采用多把刀具分别实现钻孔、铰孔、锪窝等....

图2钻削示意图

外很少有学者针对钻铰锪一体制孔切削力开展研究，但是对于相关内容如CFRP与Al的细观切削机理，以及宏观钻削、铰削等切削力的建模已有大量研究者分别从试验观测、解析建模以及有限元仿真等方面进行了深入的分析［6-15］。1基于细观模型的切削力解析建模1.1钻削过程切削力解析建模主切削刃....

图3铰削示意图

r(3)综上，主切削刃所产生的轴向力与扭矩可表示为:Fcutting1=2∫badFcutting1M1=2∫badM{1(4)1.2铰削过程切削力解析建模铰削刃一般来说比较长，但并非所有铰削刃都参与切削。铰削过程随着刀具轴向进给的增加，铰削刃接触到被加工材料，其长度逐渐增加，当....

图4锪窝示意图

dh所产生的轴向力与扭矩的表达式为:dFcutting2CFRP=dF'z2·sinηdM2CFRP=dF'z2·cosη·R2dFcutting2Al=dFt2·sinηdM2Al=dFt2·cosη·R2(7)式中R2为铰削刃半径。综上，切削刃所产生的轴向力与扭矩可表示为Fc....

本文编号：3909971