铝/钛叠层结构钻铰锪一体化制孔刀具开发与工艺参数优化
发布时间：2020-12-07 09:46
随着航空工业的不断发展,优异性能的新型飞机需求量不断增加,飞机结构设计、材料性能、制造工艺和加工工具都需要不断的研究和创新。铝合金和钛合金等材料的物理、力学性能优越,因此这两种材料被广泛的应用于航空装配制造领域。然而,为满足轻量化和结构性能的两种要求,单一组分的传统材料不能满足工程要求。国内外采用将两种材料不同性质的材料的叠加在一起形成的叠层结构,这种结构能够同时拥有两种材料的比强度、比刚度高,耐疲劳性能好,具有较强的设计性等优点,这能大大的降低航空飞行器结构的重量。叠层结构在飞机结构件中得到广泛应用,例如机翼、蒙皮和机身隔板等。但是,两种材料属性差异较大的材料构成的叠层结构给加工制造带来了极大的挑战。为避免分层制孔后再次装配带来的效率低、精度难以保证的问题,工程中多采用铝/钛叠层结构一次性制孔。传统的手工制孔加工制孔精度难以保证、制孔效率低,虽然机器人制孔在迅速的推广和应用,依然存在部分问题严重影响着制孔效率和成本的控制,比如:制孔过程需要不断更换钻铰锪制孔刀具,制孔过程中断屑困难,制孔中的毛刺控制困难,制孔中的刀具寿命短等关键难题。本文首先针对铝/钛叠层结构的钻铰锪制孔加工的机理进...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－?１叠层结构在飞机上的应用??
削钛合金过程中的毛刺的解析模型。Ｂｅｒｋｅｌｅｙ大学的Ｇｕｏ和Ｄ?Ａ?Ｄｏｒｎｆｅｌｄ等学??者［１４］，［１５］建立了不锈钢时毛刺的变化过程三维仿真模型，并提出了工件材料的延??展失效标准。基于仿真分析图１－４将毛刺的形成分为５个阶段，其中盖帽的形成??属于前后两个阶段的一个过渡。??耀二??（ａ）有限元模型?（ｂ）毛刺初始阶段?（ｃ）发展阶段??（ｄ）旋转支点阶段?（ｅ）盖帽形成?（ｆ）毛剌最终形成阶段??图１－４仿真毛刺变化的５个阶段??虽然针对钻削过程中出口端的毛刺生成已经有很对学者通过建模仿真分析??对毛刺的产生机理进行了阐释，但是针对叠层结构时在层间产生的毛刺的情况的??研宄还需要进一步分析。ＪｉｈｏｎｇＣｈｏｉ等［１６］基于ＤＡＤｏｍｆｅｌｄ的有限元模型提出了??一个预测毛刺大小的定量量化方法，图１－?５为他们在仿真过程中利用节点的位??５??
山东大学硕士学位论文??移来表示毛刺的厚度和高度的仿真模型和结果。王豪等结合叠层间毛刺的产??生的分析，提出叠层结构的层间间隙形成原理，见图１－６。??＾?ｆｉｂｉｉ?：?ｉ??（ａ）钻削分析的有限元模型?（ｂ）钻削毛刺的仿真结果??图１－?５有限元模型及模拟结果??：￣ｎｍｉ??（ａ）叠层间隙产生模型?（ｂ）层间毛刺结构示意图??图１－６叠层层间间隙产生原理示意图??在自动钻铆技术在航空航天领域不断推广的今天，越来越多的机器人自动制??孔装备被应用到航空航天零部件的加工装配过程中。层间毛刺问题在机器人制孔??过程中依然未得到解决。在航空制造的工程要求将叠层间的毛刺大小控制在“无??毛刺”范围内。“无毛刺”是指毛刺高度在满足装配精度要求的高度范围内（不??同的制造单位要求有所不同，一般设定的毛刺阈值在〇．ｌ￣〇．１５ｍｍ之间），从而??不需要额外的去毛刺工序［１８］￣［１９］。当前，在自动化制孔技术推广过程中，叠层间??毛刺的控制主要有３种途径：选用特定的刀具；选用合适的工艺参数；通过压力??角结构对叠层结构预加一定大小的压紧力，然后再进行制孔加工。??从刀具结构参数的角度看，ＫｏＳＬ等研宄表明：通过重新设计钻头的几??何角度，选择带有导向的阶梯钻，可明显减小制孔毛刺的生成。加利福尼亚大学??伯克利分校的Ｄ．?Ａ．?Ｄｏｒｎｆｅｌｄ等ｔ２１］基于能量守恒，推导出钛合金材料的钻削出口??毛刺厚度、高度的数学模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于不同压紧条件下叠层材料制孔层间毛刺的试验研究[J]. 王豪,孙鑫,胡坚. 机械制造. 2016(01)
[2]叠层结构机器人制孔压紧力预测[J]. 陈威,朱伟东,章明,赵健冬,梅标. 浙江大学学报(工学版). 2015(12)
[3]碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔工艺试验研究[J]. 王豪,胡坚,孙鑫. 工具技术. 2015(11)
[4]航空叠层材料制孔技术研究现状与发展趋势分析[J]. 李春奇,殷俊,傅玉灿,陈燕,杨浩骏. 机械制造与自动化. 2015(03)
[5]三尖钻钻削CFRP/Al叠层构件的表面质量研究[J]. 刘姿,张霖,田威,廖文和. 机械制造. 2015(04)
[6]钛合金与铝合金叠层材料制孔研究[J]. 王明海,徐颖翔,郑耀辉. 制造技术与机床. 2014(11)
[7]碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔的轴向力研究[J]. 孙鑫,田威,刘姿,李大鹏. 机械制造. 2014(06)
[8]肯纳金属推出用于CFRP/金属层叠板材料加工的整体硬质合金钻头[J]. 钛工业进展. 2014(02)
[9]预压紧力下叠层铝合金钻孔层间毛刺试验研究[J]. 李源,胡永祥,姚振强. 组合机床与自动化加工技术. 2014(02)
[10]钛合金与铝合金夹层结构装配孔精加工工艺研究[J]. 徐光,于海涛. 门窗. 2013(11)
博士论文
[1]航空叠层构件材料螺旋铣孔工艺基础研究[D]. 单以才.南京航空航天大学 2014
硕士论文
[1]TC4-DT钛合金切削性能研究与仿生刀具结构设计[D]. 姜振喜.山东大学 2016
[2]碳纤维—钛层间混杂复合材料制孔工艺研究[D]. 汪喜.广西大学 2013
[3]面向飞机长寿命连接的制孔工艺研究[D]. 洪华舟.南京航空航天大学 2012
[4]碳纤维复合材料制孔缺陷及对策的试验研究[D]. 李凤全.大连理工大学 2008
本文编号：2903046
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－?１叠层结构在飞机上的应用??
削钛合金过程中的毛刺的解析模型。Ｂｅｒｋｅｌｅｙ大学的Ｇｕｏ和Ｄ?Ａ?Ｄｏｒｎｆｅｌｄ等学??者［１４］，［１５］建立了不锈钢时毛刺的变化过程三维仿真模型，并提出了工件材料的延??展失效标准。基于仿真分析图１－４将毛刺的形成分为５个阶段，其中盖帽的形成??属于前后两个阶段的一个过渡。??耀二??（ａ）有限元模型?（ｂ）毛刺初始阶段?（ｃ）发展阶段??（ｄ）旋转支点阶段?（ｅ）盖帽形成?（ｆ）毛剌最终形成阶段??图１－４仿真毛刺变化的５个阶段??虽然针对钻削过程中出口端的毛刺生成已经有很对学者通过建模仿真分析??对毛刺的产生机理进行了阐释，但是针对叠层结构时在层间产生的毛刺的情况的??研宄还需要进一步分析。ＪｉｈｏｎｇＣｈｏｉ等［１６］基于ＤＡＤｏｍｆｅｌｄ的有限元模型提出了??一个预测毛刺大小的定量量化方法，图１－?５为他们在仿真过程中利用节点的位??５??
山东大学硕士学位论文??移来表示毛刺的厚度和高度的仿真模型和结果。王豪等结合叠层间毛刺的产??生的分析，提出叠层结构的层间间隙形成原理，见图１－６。??＾?ｆｉｂｉｉ?：?ｉ??（ａ）钻削分析的有限元模型?（ｂ）钻削毛刺的仿真结果??图１－?５有限元模型及模拟结果??：￣ｎｍｉ??（ａ）叠层间隙产生模型?（ｂ）层间毛刺结构示意图??图１－６叠层层间间隙产生原理示意图??在自动钻铆技术在航空航天领域不断推广的今天，越来越多的机器人自动制??孔装备被应用到航空航天零部件的加工装配过程中。层间毛刺问题在机器人制孔??过程中依然未得到解决。在航空制造的工程要求将叠层间的毛刺大小控制在“无??毛刺”范围内。“无毛刺”是指毛刺高度在满足装配精度要求的高度范围内（不??同的制造单位要求有所不同，一般设定的毛刺阈值在〇．ｌ￣〇．１５ｍｍ之间），从而??不需要额外的去毛刺工序［１８］￣［１９］。当前，在自动化制孔技术推广过程中，叠层间??毛刺的控制主要有３种途径：选用特定的刀具；选用合适的工艺参数；通过压力??角结构对叠层结构预加一定大小的压紧力，然后再进行制孔加工。??从刀具结构参数的角度看，ＫｏＳＬ等研宄表明：通过重新设计钻头的几??何角度，选择带有导向的阶梯钻，可明显减小制孔毛刺的生成。加利福尼亚大学??伯克利分校的Ｄ．?Ａ．?Ｄｏｒｎｆｅｌｄ等ｔ２１］基于能量守恒，推导出钛合金材料的钻削出口??毛刺厚度、高度的数学模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于不同压紧条件下叠层材料制孔层间毛刺的试验研究[J]. 王豪,孙鑫,胡坚. 机械制造. 2016(01)
[2]叠层结构机器人制孔压紧力预测[J]. 陈威,朱伟东,章明,赵健冬,梅标. 浙江大学学报(工学版). 2015(12)
[3]碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔工艺试验研究[J]. 王豪,胡坚,孙鑫. 工具技术. 2015(11)
[4]航空叠层材料制孔技术研究现状与发展趋势分析[J]. 李春奇,殷俊,傅玉灿,陈燕,杨浩骏. 机械制造与自动化. 2015(03)
[5]三尖钻钻削CFRP/Al叠层构件的表面质量研究[J]. 刘姿,张霖,田威,廖文和. 机械制造. 2015(04)
[6]钛合金与铝合金叠层材料制孔研究[J]. 王明海,徐颖翔,郑耀辉. 制造技术与机床. 2014(11)
[7]碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔的轴向力研究[J]. 孙鑫,田威,刘姿,李大鹏. 机械制造. 2014(06)
[8]肯纳金属推出用于CFRP/金属层叠板材料加工的整体硬质合金钻头[J]. 钛工业进展. 2014(02)
[9]预压紧力下叠层铝合金钻孔层间毛刺试验研究[J]. 李源,胡永祥,姚振强. 组合机床与自动化加工技术. 2014(02)
[10]钛合金与铝合金夹层结构装配孔精加工工艺研究[J]. 徐光,于海涛. 门窗. 2013(11)
博士论文
[1]航空叠层构件材料螺旋铣孔工艺基础研究[D]. 单以才.南京航空航天大学 2014
硕士论文
[1]TC4-DT钛合金切削性能研究与仿生刀具结构设计[D]. 姜振喜.山东大学 2016
[2]碳纤维—钛层间混杂复合材料制孔工艺研究[D]. 汪喜.广西大学 2013
[3]面向飞机长寿命连接的制孔工艺研究[D]. 洪华舟.南京航空航天大学 2012
[4]碳纤维复合材料制孔缺陷及对策的试验研究[D]. 李凤全.大连理工大学 2008
本文编号：2903046
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/2903046.html
