碳纤维复合材料与钛合金叠层结构钻削力的建模与仿真

发布时间：2020-07-26 22:08

【摘要】：碳纤维复合材料和钛合金材料因其特殊的机械、物理性能在飞机制造等行业的应用越来越广泛。在飞机的装配过程中,常用铆接的方式连接碳纤维复合材料和钛合金的叠层结构。钻削加工作为飞机制造装配中最为重要的机械加工方式之一,研究碳纤维复合材料和钛合金叠层结构的钻削过程,建立钻削力模型,有助于更好地了解叠层结构钻削机理,从而为优化制孔工艺、提高制孔质量和装配效率提供理论依据和工程计算工具。本文从理论分析和有限元分析两个方面进行了研究,对碳纤维复合材料和钛合金叠层结构钻削力进行建模和仿真研究,着重分析了不同加工参数对钻削过程中轴向力的影响,研究主要从以下几个方面展开:首先,对麻花钻切削刃和工作面几何关系进行分析,将主切削刃离散成许多个微小的单元,将钻削过程简化成这些单元的斜角切削和横刃切削的叠加。采用数学分析的方法和斜角切削原理,得出麻花钻钻削力的数学模型以及单层板钻削过程模型;将模型应用到叠层结构钻削中,进而得到叠层结构钻削过程的数学模型。其次,对碳纤维复合材料和钛合金工件进行钻削试验,通过试验数据和预测模型仿真结果进行对比,验证了标准麻花钻在稳定钻削时的钻削力模型的有效性,同时对于单层板钻削过程模型也具有有效性。然后,对碳纤维复合材料/钛合金叠层结构钻削有限元建模总体设计方案和关键技术进行研究,建立叠层结构钻削有限元仿真模型,并进行仿真分析。主要分析了工艺参数和钻头直径对轴向力的影响,不同工艺参数对叠层结构钻削层间间隙的影响以及轴向力和层间间隙之间的联系。针对工件表面施加压紧力的叠层结构钻削进行有限元仿建模与仿真,验证压紧力对叠层结构层间间隙的影响。研究表明:叠层结构钻削的轴向力随着钻头直径和进给量的增加而增加,随着主轴转速的增加而减小,其中主轴转速对其的影响比较小;较大的主轴转速和较小的进给量可以有效地减小层间缝隙的大小;轴向力与层间间隙成正比关系;工件表面施加压紧力也能减小层间间隙。
【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】：TG52
【图文】：

示意图,套料钻,示意图,钻削

削复合材料的磨损机理。WC-Chen[17]采用不同的钻削刀具对复合材料进行验研究分析刀具几何参数和工艺参数对钻削力的影响，并提出了提高制孔。C.C.Taso[18]采用套料钻（图 1.1）钻削复合材料试验，提出了金刚石磨粒，切削刃越薄都能有效的抑制分层缺陷的产生。

麻花钻,几何形状,参数,钻削力

标准麻花钻的几何形状和参数

模型图,斜角切削,模型,切削速度

Oxley斜角切削模型

【参考文献】