CFRP/TC4叠层材料低频振动制孔刀具磨损研究
发布时间：2021-12-12 06:01
碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）和钛合金由于各自优异的性能而广泛应用于航空航天制造业中。其组成的叠层材料在装配过程中通常需要通过螺栓进行连接,因此装配孔的质量直接影响飞机零部件的质量和寿命。由于CFRP和钛合金都属于典型的难加工材料,在加工过程中刀具过快的磨损会导致制孔稳定性和精度迅速下降,导致制孔质量不合格。低频轴向振动钻削工艺是一种能有效保证叠层材料制孔效率和制孔质量的工艺方法,并且与传统钻削工艺相比,改善了刀具磨损,提高了刀具的耐用度。本文以振动制孔技术作为主要研究对象,揭示了叠层材料制孔中刀具的磨损规律及主要磨损形式和磨损机理,分析了刀具磨损对制孔质量的影响,并通过对比实验分析了超硬刀具在振动钻削叠层材料中的应用前景。主要研究内容如下:（1）结合振动钻削原理,理论分析了刀具在振动钻削下实际工作角度变化规律,设计振动与传统加工对比实验,明确了振动钻削下刀具磨损形式及磨损机理。（2）结合刀具磨损规律,分析了振动与传统两种工艺下在钻削力、制孔质量、孔径及形位公差方面的差异及原因,明确了振动钻削在制孔质量上的优势。（3）进行了PCD超硬刀具与硬质合金刀具的对比实验,并从钻削力、钻削...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
波音787上多种材料用量CFRP能够良好地配合钛合金的电位性能，有效地避免了两种材料的电化学腐蚀，使得钛
（a）轴向振动钻削 （b）周向振动钻削 （c）复合振动钻削图 2.1 振动钻削实现方式由于在众多的振动机构中，以机械式的激振装置最为可靠，且结构简单、造价低廉，使用及维护也最为方便。实验的振动装置采用法国 MITIS 公司生产的振幅可调式振动刀柄，型号为PG-8040。其产生的振动为正弦波形低频轴向振动，该刀柄产生振动的部件为一套波浪形的滚子轴承，其结构形式与推力轴承相似，轴承环为波浪形，其中一个轴承环跟随机床主轴转动，而另一个轴承环固定，两个波浪环产生的相对运动，使得被夹持的刀具产生轴向运动[58,59]。刀柄的频转比为固定的 2.5osc/r，即刀柄每旋转一周产生 2.5 次周期性的轴向振动，振幅可调节范围为 0~0.5mm。由于叠加在钻头轴向的振动呈正弦规律[58,59]，故在刀具钻削过程中切削刃上任意一点的轴向位移方程为：sin(2 )60f v rnZ = Z + Z = f t +A ft（2-1）式中 Z 为刀具的实际轴向位移，Zf为每转进给量产生的轴向位移，Zv为轴向振动产生的轴向位移，t 为钻削时间，公式中的“-”用来表示进给方向与 Z 轴的负方向相同。由于钻头两条切削刃的相位差为 π，因此其轴向位移会随着周向角位移 变化，结合式 2
南京航空航天大学硕士学位论文r，振幅 A=0.04mm，频转比ωf=f/n=2.5osc/r）两条切削刃外缘点的运的相位差为 π）。在图 2.2 可以看到，传统钻削的切厚为刀具每转进给厚和两条切削刃运动轨迹的相位差有关，而当相位差不为零时，两性变化，因此可以调整振动的参数使两条切削刃的轨迹发生干涉以性变为零，以产生断屑的效果[60]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进复合材料在航空航天领域的应用[J]. 周苑生. 中国新技术新产品. 2018(03)
[2]TiSiC涂层钻头钻削CFRP/TC4钛合金叠层材料的研究[J]. 杨旭,卢文壮,杨斌,杨凯,张吴晖. 工具技术. 2017(07)
[3]涂层硬质合金刀具切削碳纤维复合材料磨损机理[J]. 尚晓峰,高石鑫. 组合机床与自动化加工技术. 2016(10)
[4]碳纤维复合材料的钻削研究进展[J]. 林盛坤,林有希,林华. 工具技术. 2015(05)
[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]铣削碳纤维复合材料刀具磨损试验研究[J]. 叶衔真,王大镇,刘菊东,杨小璠,于东民,晋家伟. 机电技术. 2014(03)
[7]钛合金材料在我国航空紧固件中的应用[J]. 张利军,王幸运,郭启义,谢田,薛祥义,常辉. 航空制造技术. 2013(16)
[8]航空紧固件用钛合金的研究进展[J]. 赵庆云,徐锋. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[9]碳纤维树脂基复合材料发展现状及前景展望[J]. 唐见茂. 航天器环境工程. 2010(03)
[10]超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损研究[J]. 张毅. 精密制造与自动化. 2010(02)
硕士论文
[1]CFRP/钛合金叠层结构振动钻削试验研究[D]. 张永升.南京航空航天大学 2017
[2]碳纤维复合材料钻孔缺陷研究与刀具优化设计[D]. 田勇.哈尔滨理工大学 2015
本文编号：3536133
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
波音787上多种材料用量CFRP能够良好地配合钛合金的电位性能，有效地避免了两种材料的电化学腐蚀，使得钛
（a）轴向振动钻削 （b）周向振动钻削 （c）复合振动钻削图 2.1 振动钻削实现方式由于在众多的振动机构中，以机械式的激振装置最为可靠，且结构简单、造价低廉，使用及维护也最为方便。实验的振动装置采用法国 MITIS 公司生产的振幅可调式振动刀柄，型号为PG-8040。其产生的振动为正弦波形低频轴向振动，该刀柄产生振动的部件为一套波浪形的滚子轴承，其结构形式与推力轴承相似，轴承环为波浪形，其中一个轴承环跟随机床主轴转动，而另一个轴承环固定，两个波浪环产生的相对运动，使得被夹持的刀具产生轴向运动[58,59]。刀柄的频转比为固定的 2.5osc/r，即刀柄每旋转一周产生 2.5 次周期性的轴向振动，振幅可调节范围为 0~0.5mm。由于叠加在钻头轴向的振动呈正弦规律[58,59]，故在刀具钻削过程中切削刃上任意一点的轴向位移方程为：sin(2 )60f v rnZ = Z + Z = f t +A ft（2-1）式中 Z 为刀具的实际轴向位移，Zf为每转进给量产生的轴向位移，Zv为轴向振动产生的轴向位移，t 为钻削时间，公式中的“-”用来表示进给方向与 Z 轴的负方向相同。由于钻头两条切削刃的相位差为 π，因此其轴向位移会随着周向角位移 变化，结合式 2
南京航空航天大学硕士学位论文r，振幅 A=0.04mm，频转比ωf=f/n=2.5osc/r）两条切削刃外缘点的运的相位差为 π）。在图 2.2 可以看到，传统钻削的切厚为刀具每转进给厚和两条切削刃运动轨迹的相位差有关，而当相位差不为零时，两性变化，因此可以调整振动的参数使两条切削刃的轨迹发生干涉以性变为零，以产生断屑的效果[60]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进复合材料在航空航天领域的应用[J]. 周苑生. 中国新技术新产品. 2018(03)
[2]TiSiC涂层钻头钻削CFRP/TC4钛合金叠层材料的研究[J]. 杨旭,卢文壮,杨斌,杨凯,张吴晖. 工具技术. 2017(07)
[3]涂层硬质合金刀具切削碳纤维复合材料磨损机理[J]. 尚晓峰,高石鑫. 组合机床与自动化加工技术. 2016(10)
[4]碳纤维复合材料的钻削研究进展[J]. 林盛坤,林有希,林华. 工具技术. 2015(05)
[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]铣削碳纤维复合材料刀具磨损试验研究[J]. 叶衔真,王大镇,刘菊东,杨小璠,于东民,晋家伟. 机电技术. 2014(03)
[7]钛合金材料在我国航空紧固件中的应用[J]. 张利军,王幸运,郭启义,谢田,薛祥义,常辉. 航空制造技术. 2013(16)
[8]航空紧固件用钛合金的研究进展[J]. 赵庆云,徐锋. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[9]碳纤维树脂基复合材料发展现状及前景展望[J]. 唐见茂. 航天器环境工程. 2010(03)
[10]超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损研究[J]. 张毅. 精密制造与自动化. 2010(02)
硕士论文
[1]CFRP/钛合金叠层结构振动钻削试验研究[D]. 张永升.南京航空航天大学 2017
[2]碳纤维复合材料钻孔缺陷研究与刀具优化设计[D]. 田勇.哈尔滨理工大学 2015
本文编号：3536133
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