CFRP/铝合金叠层结构动态钻削力预测研究
发布时间：2021-09-05 00:03
建立了CFRP（carbon fiber reinforced plastics）/铝合金叠层结构制孔轴向力分阶段预测模型,提出一种面向分阶段的钻削过程描述方法。阐述了CFRP与铝合金的叠层方式,根据钻削过程中钻头所处位置确定不同的钻削阶段;在钻削过程分析的基础上,通过解析建模方法给出了叠层结构动态轴向力预测方法,并详细分析了模型公式中积分限的计算方法;进行了叠层结构制孔实验,测量分阶段的瞬时制孔轴向力。通过对比发现提出的预测模型与实验值吻合较好,能够准确预测CFRP/铝合金叠层结构制孔轴向力。
【文章来源】：机械科学与技术. 2017,36(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
钻削过程中的不同阶段
机械科学与技术第36卷http://www．nwpu－journals．org．cn/钻削力模型，必须对CFＲP和铝合金钻削过程分别进行建模，针对每种情况还需要分别计算横刃与切削刃产生的轴向力。2．1切削刃轴向力模型为了建立切削刃力学模型，可以将切削刃看成一系列相连的独立切削单元，记每个单元在垂直于钻头轴线的平面上投影长度为dx，如图2所示，将单元切削力在整个切削刃上进行积分即可求出切削刃产生的力。图2轴向力的产生切削刃建模过程示意图如图3所示为了方便求解，在与钻头轴线垂直的平面上建立极坐标系，并取钻头轴线与平面的交点为极点，记切削单元在极径ρ方向的宽度为dr，与极点的距离为r，极径ρ=r/Ｒ。dr=Ｒdρ(2)dx=drcos(i(ρ))(3)式中i(ρ)为切削刃的刃倾角。根据参考文献［1］，cos(i(ρ))可以表示为cos(i(ρ))=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2(4)式中:w为横刃宽度的一半;Ｒ为钻头半径;ε为钻头顶角。结合式(3)，式(4)和式(5)可得dx=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(5)因此，考虑到两个切削刃的共同作用效果，切削刃产生的轴向力可以写成FEth=12∫λ2λ1sin(ε2)·Kt·1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(6)式中Kt为单元切削力系数。对于复合材料Kt表达式为Kt=τ1haccosφtan(φ+β－γ)－sinφτ1τ2cos(θ－φ)sinθ－sin(θ－φ)cosθ(7)图3切削刃建模过程示意图对于铝合金Kt表达式为Kt=sinφtan(φ+β－γ)+cosφμcosφ(8)式(7)和(8)中:φ为剪切角;β为摩擦角，β=30°;θ为纤维方向角;γ表示刀具前角;μ为前刀面与切削材料之间的摩擦系数，取值为0.2;τ1和τ2
机械科学与技术第36卷http://www．nwpu－journals．org．cn/钻削力模型，必须对CFＲP和铝合金钻削过程分别进行建模，针对每种情况还需要分别计算横刃与切削刃产生的轴向力。2．1切削刃轴向力模型为了建立切削刃力学模型，可以将切削刃看成一系列相连的独立切削单元，记每个单元在垂直于钻头轴线的平面上投影长度为dx，如图2所示，将单元切削力在整个切削刃上进行积分即可求出切削刃产生的力。图2轴向力的产生切削刃建模过程示意图如图3所示为了方便求解，在与钻头轴线垂直的平面上建立极坐标系，并取钻头轴线与平面的交点为极点，记切削单元在极径ρ方向的宽度为dr，与极点的距离为r，极径ρ=r/Ｒ。dr=Ｒdρ(2)dx=drcos(i(ρ))(3)式中i(ρ)为切削刃的刃倾角。根据参考文献［1］，cos(i(ρ))可以表示为cos(i(ρ))=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2(4)式中:w为横刃宽度的一半;Ｒ为钻头半径;ε为钻头顶角。结合式(3)，式(4)和式(5)可得dx=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(5)因此，考虑到两个切削刃的共同作用效果，切削刃产生的轴向力可以写成FEth=12∫λ2λ1sin(ε2)·Kt·1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(6)式中Kt为单元切削力系数。对于复合材料Kt表达式为Kt=τ1haccosφtan(φ+β－γ)－sinφτ1τ2cos(θ－φ)sinθ－sin(θ－φ)cosθ(7)图3切削刃建模过程示意图对于铝合金Kt表达式为Kt=sinφtan(φ+β－γ)+cosφμcosφ(8)式(7)和(8)中:φ为剪切角;β为摩擦角，β=30°;θ为纤维方向角;γ表示刀具前角;μ为前刀面与切削材料之间的摩擦系数，取值为0.2;τ1和τ2
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金TC4的钻削力试验研究[J]. 韩荣第,吴健. 工具技术. 2009(01)
[2]基于Deform 3D的钻削力仿真研究[J]. 杨军,周利平,吴能章. 工具技术. 2007(04)
[3]高速钻削碳纤维复合材料钻削力的研究[J]. 张厚江,樊锐,陈五一,陈鼎昌. 航空制造技术. 2006(12)
[4]钻削力模型的建立及仿真[J]. 董丽华,刘大昕. 机械工程师. 2003(07)
本文编号：3384263
【文章来源】：机械科学与技术. 2017,36(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
钻削过程中的不同阶段
机械科学与技术第36卷http://www．nwpu－journals．org．cn/钻削力模型，必须对CFＲP和铝合金钻削过程分别进行建模，针对每种情况还需要分别计算横刃与切削刃产生的轴向力。2．1切削刃轴向力模型为了建立切削刃力学模型，可以将切削刃看成一系列相连的独立切削单元，记每个单元在垂直于钻头轴线的平面上投影长度为dx，如图2所示，将单元切削力在整个切削刃上进行积分即可求出切削刃产生的力。图2轴向力的产生切削刃建模过程示意图如图3所示为了方便求解，在与钻头轴线垂直的平面上建立极坐标系，并取钻头轴线与平面的交点为极点，记切削单元在极径ρ方向的宽度为dr，与极点的距离为r，极径ρ=r/Ｒ。dr=Ｒdρ(2)dx=drcos(i(ρ))(3)式中i(ρ)为切削刃的刃倾角。根据参考文献［1］，cos(i(ρ))可以表示为cos(i(ρ))=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2(4)式中:w为横刃宽度的一半;Ｒ为钻头半径;ε为钻头顶角。结合式(3)，式(4)和式(5)可得dx=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(5)因此，考虑到两个切削刃的共同作用效果，切削刃产生的轴向力可以写成FEth=12∫λ2λ1sin(ε2)·Kt·1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(6)式中Kt为单元切削力系数。对于复合材料Kt表达式为Kt=τ1haccosφtan(φ+β－γ)－sinφτ1τ2cos(θ－φ)sinθ－sin(θ－φ)cosθ(7)图3切削刃建模过程示意图对于铝合金Kt表达式为Kt=sinφtan(φ+β－γ)+cosφμcosφ(8)式(7)和(8)中:φ为剪切角;β为摩擦角，β=30°;θ为纤维方向角;γ表示刀具前角;μ为前刀面与切削材料之间的摩擦系数，取值为0.2;τ1和τ2
机械科学与技术第36卷http://www．nwpu－journals．org．cn/钻削力模型，必须对CFＲP和铝合金钻削过程分别进行建模，针对每种情况还需要分别计算横刃与切削刃产生的轴向力。2．1切削刃轴向力模型为了建立切削刃力学模型，可以将切削刃看成一系列相连的独立切削单元，记每个单元在垂直于钻头轴线的平面上投影长度为dx，如图2所示，将单元切削力在整个切削刃上进行积分即可求出切削刃产生的力。图2轴向力的产生切削刃建模过程示意图如图3所示为了方便求解，在与钻头轴线垂直的平面上建立极坐标系，并取钻头轴线与平面的交点为极点，记切削单元在极径ρ方向的宽度为dr，与极点的距离为r，极径ρ=r/Ｒ。dr=Ｒdρ(2)dx=drcos(i(ρ))(3)式中i(ρ)为切削刃的刃倾角。根据参考文献［1］，cos(i(ρ))可以表示为cos(i(ρ))=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2(4)式中:w为横刃宽度的一半;Ｒ为钻头半径;ε为钻头顶角。结合式(3)，式(4)和式(5)可得dx=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(5)因此，考虑到两个切削刃的共同作用效果，切削刃产生的轴向力可以写成FEth=12∫λ2λ1sin(ε2)·Kt·1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(6)式中Kt为单元切削力系数。对于复合材料Kt表达式为Kt=τ1haccosφtan(φ+β－γ)－sinφτ1τ2cos(θ－φ)sinθ－sin(θ－φ)cosθ(7)图3切削刃建模过程示意图对于铝合金Kt表达式为Kt=sinφtan(φ+β－γ)+cosφμcosφ(8)式(7)和(8)中:φ为剪切角;β为摩擦角，β=30°;θ为纤维方向角;γ表示刀具前角;μ为前刀面与切削材料之间的摩擦系数，取值为0.2;τ1和τ2
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金TC4的钻削力试验研究[J]. 韩荣第,吴健. 工具技术. 2009(01)
[2]基于Deform 3D的钻削力仿真研究[J]. 杨军,周利平,吴能章. 工具技术. 2007(04)
[3]高速钻削碳纤维复合材料钻削力的研究[J]. 张厚江,樊锐,陈五一,陈鼎昌. 航空制造技术. 2006(12)
[4]钻削力模型的建立及仿真[J]. 董丽华,刘大昕. 机械工程师. 2003(07)
本文编号：3384263
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