航空材料制孔缺陷抑制及工艺研究

发布时间：2017-09-21 16:54

  本文关键词：航空材料制孔缺陷抑制及工艺研究

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【摘要】：在飞机装配中,良好的制孔质量是飞机结构件长寿命和高可靠性的重要保证,因此积极开展航空材料制孔缺陷抑制研究显得至关重要。随着我国航空制造业的蓬勃发展和飞机部件自动化装配水平的不断提高,同时为适应新一代飞机的制造要求和提高飞机装配质量及效率,基于工业机器人的飞机部件装配制孔技术得到了广泛应用,而针对航空叠层材料精密制孔工艺还有待去突破,本文针对航空材料制孔中的一些工艺问题进行研究,主要研究内容如下:(1)阐述了金属钻削出口毛刺形成机理,详细分析了金属叠层间毛刺形成及与层间间隙的关系,分析了金属叠层钻削过程中层间间隙产生机理,通过数学分析和有限元仿真对层间间隙进行建模,得到了理论层间间隙和层间毛刺高度的关系,提出了通过减小层间间隙来抑制层间毛刺高度的方法,并通过压紧制孔试验得到了验证。(2)分析了复合材料钻削过程中出口分层的产生机制,发现轴向力是影响出口分层的主要因素,减小轴向力即可以减小分层。采用线弹性断裂力学、板壳理论和能量守恒定律等知识对普通麻花钻钻削复合材料产生分层的临界轴向力进行建模,并通过试验验证该模型有效。通过试验建立了CCF300复合材料钻削轴向力的数学经验模型,提出了产生分层的临界进给量,且得到了试验验证,并提出了基于变参数的复合材料出口分层抑制方法。(3)以工业机器人为载体,采用不同几何参数的麻花钻和三尖钻对碳纤维复合材料/铝合金叠层进行制孔试验研究,分析了麻花钻和三尖钻轴向力变化曲线及叠层间过渡区域材料作用机理和轴向力的变化,研究了刀具参数和工艺参数对轴向力和孔径精度的影响规律,比较了不同刀具的铝合金出口质量,并对刀具参数和工艺参数进行优化。
【关键词】：航空材料 制孔缺陷 轴向力 孔径 工艺优化
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V261
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究背景与意义14-15
• 1.2 国内外研究现状分析15-20
• 1.2.1 航空材料钻削机理及钻削力的研究16-17
• 1.2.2 航空材料制孔缺陷的研究17-19
• 1.2.3 航空叠层材料制孔工艺研究19-20
• 1.3 航空叠层材料制孔存在的问题及发展趋势20-23
• 1.3.1 航空叠层材料制孔中存在的问题20-21
• 1.3.2 航空叠层材料制孔技术的发展趋势21-23
• 1.4 论文的主要研究内容和章节安排23-24
• 第二章 金属材料钻削毛刺抑制方法及试验研究24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 金属材料钻削毛刺形成机理研究24-29
• 2.2.1 金属材料钻削出口毛刺形成机理24-25
• 2.2.2 金属叠层材料层间毛刺形成与层间间隙的关系25-26
• 2.2.3 金属叠层材料层间间隙的数学分析26-29
• 2.3 铝合金钻削毛刺试验研究及抑制方法29-37
• 2.3.1 工件材料及试验刀具29
• 2.3.2 试验平台及检测装置29-31
• 2.3.3 试验设计31-32
• 2.3.4 试验结果分析32-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 CFRP分层缺陷抑制研究38-52
• 3.1 引言38
• 3.2 CFRP钻削分层形成机理38-39
• 3.3 复合材料钻削出口分层临界轴向力建模39-45
• 3.3.1 复合材料层合板刚度矩阵的计算40-42
• 3.3.2 复合材料钻削分层临界轴向力的计算42-45
• 3.4 CFRP出口分层临界轴向力试验验证45-47
• 3.4.1 试验设计45
• 3.4.2 结果分析及验证45-47
• 3.5 基于变参数的出口分层抑制方法47-51
• 3.5.1 复合材料钻削轴向力试验研究47-49
• 3.5.2 基于变参数的复合材料出口分层抑制方法探讨49-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第四章 CFRP/铝合金叠层钻削工艺优化52-75
• 4.1 引言52
• 4.2 叠层材料钻削工艺分析52-55
• 4.2.1 叠层材料钻削过程分析52-53
• 4.2.2 叠层材料钻削刀具分析53-54
• 4.2.3 叠层材料钻削工艺优化54-55
• 4.3 叠层材料钻削试验55-58
• 4.3.1 试验条件56-57
• 4.3.2 试验设计57-58
• 4.4 叠层材料钻削轴向力力分析58-66
• 4.4.1 叠层材料钻削轴向力变化曲线分析58-61
• 4.4.2 钻削轴向力分析61-66
• 4.5 叠层材料制孔质量分析66-74
• 4.5.1 叠层材料孔径精度分析66-73
• 4.5.2 铝合金出口质量分析73-74
• 4.5.3 钻削工艺优化74
• 4.6 本章小结74-75
• 第五章 总结与展望75-77
• 5.1 总结75
• 5.2 展望75-77
• 参考文献77-83
• 致谢83-84
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文84

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本文编号：895749