铝合金与钛合金超声振动辅助钻削工艺研究

发布时间：2017-09-14 13:50

  本文关键词：铝合金与钛合金超声振动辅助钻削工艺研究

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【摘要】：在航空工业中,铝合金和钛合金因为比强度高、耐腐蚀性强等诸多优良性能,在飞机蒙皮、机身结构件、连接件、发动机盘件上得到广泛应用。飞机构件的主要连接形式为铆接和螺接,需要加工大量连接孔。传统麻花钻钻孔工艺存在轴向力大、刀具磨损严重、出口毛刺大、表面形貌差等问题,这在加工钛合金时更为突出。针对以上问题,本文提出使用超声振动钻削的加工方法,开展铝合金和钛合金超声振动钻削工艺试验,研究加工参数对钻削轴向力、刀具磨损、表面质量、出口毛刺的影响规律。主要研究内容包括：(1)分析超声振动钻削运动特性,包括切削刃运动轨迹、动态切削厚度、动态角度和切削速度变化。针对超声辅助钻削加工的特点,搭建基于三轴数控机床的超声振动钻削加工试验平台,超声振动系统包括超声电源、电能传输单元和超声振动单元。(2)对不同材料、直径、悬出长度以及传输形式下麻花钻的振幅和谐振频率进行试验分析。结果表明：同样输入电流下,高速钢麻花钻振幅为硬质合金麻花钻1.5-3倍；谐振频率随悬出长度增加而减小；在同样电源输出电流下,使用非接触式传输时钻头振幅小于接触式传输；加工参数中主轴转速对谐振频率影响最小,进给量增加会使谐振频率增加,振幅增加则谐振频率下降。(3)开展普通钻削和超声振动钻削的轴向力试验。超声振动钻削比普通钻削轴向力有所降低,两种加工方式中加工参数对横刃和主切削刃的影响也有所不同。普通钻削时,主轴转速和进给速度对轴向力的分布影响不明显。超声振动钻削时,主切削刃轴向力占整个切削刃轴向力的比例随着主轴转速提高而上升,随着进给速度提高而降低,随振幅提高而降低。开展超声振动钻削铝合金和钛合金轴向力正交试验,结果显示进给速度对轴向力影响程度最大,其次是振幅,主轴转速影响最小。主轴转速上升对轴向力的影响规律因材料不同而不同,铝合金钻削轴向力随主轴转速提高而上升,而钛合金则相反。从磨损实验可以看出,超声振动钻削能够减小切削刃的磨损,延长刀具涂层的寿命。(4)对铝合金和钛合金进行振幅影响单因素试验。结果表明,振幅在10μm以下时铝合金和钛合金表面粗糙度值随振幅增加先减小,振幅进一步提高时铝合金表面出现刮削刀痕,导致表面粗糙度上升。两种材料在振幅达到6μm以上时都能实现断屑。超声振动钻削下铝合金出口毛刺高度明显降低；钛合金毛刺高度变化较小,但振幅大于4μm时毛刺高度上升。从钻孔孔径精度上看,两种材料超声振动钻削都优于普通钻削。
【关键词】：超声振动钻削 铝合金 钛合金 轴向力 钻孔质量
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG52
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 航空铝合金与钛合金的特点及应用9-10
• 1.2 孔加工技术10-11
• 1.3 超声振动钻削技术研究现状11-15
• 1.3.1 超声振动钻削国外研究现状12-13
• 1.3.2 超声振动钻削国内研究现状13-15
• 1.4 主要研究内容15-17
• 2 超声振动钻削运动学分析及装备17-28
• 2.1 超声振动钻削运动学分析17-23
• 2.1.1 切削刃运动轨迹分析17-19
• 2.1.2 轴向切削厚度分析19-20
• 2.1.3 切削速度分析20-21
• 2.1.4 动态切削角度分析21-23
• 2.2 超声振动钻削加工系统23-27
• 2.2.1 超声振动钻削系统方案23-24
• 2.2.2 超声电源24-25
• 2.2.3 电能传输单元25-26
• 2.2.4 超声振动单元26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 麻花钻振动分析研究28-35
• 3.1 测量设备28
• 3.2 麻花钻尺寸对振动性能影响试验28-30
• 3.3 麻花钻材料对振动性能影响试验30-31
• 3.4 超声振动钻削谐振频率分析31-34
• 3.5 本章小结34-35
• 4 超声振动钻削轴向力及刀具磨损试验35-49
• 4.1 试验条件35-36
• 4.2 切削刃轴向力分配比例钻孔法试验36-41
• 4.2.1 试验设计36-38
• 4.2.2 主轴转速对轴向力的影响38-39
• 4.2.3 进给速度对轴向力的影响39-40
• 4.2.4 振幅对轴向力的影响40-41
• 4.3 轴向力正交试验41-44
• 4.3.1 试验设计41-43
• 4.3.2 试验结果及分析43-44
• 4.4 刀具磨损试验44-48
• 4.5 本章小结48-49
• 5 超声振动钻削孔加工质量试验49-58
• 5.1 超声振动钻削表面粗糙度试验49-53
• 5.2 超声振动钻削毛刺高度试验53-56
• 5.3 超声振动钻削孔径偏差试验56-57
• 5.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况62-63
• 致谢63-64

【参考文献】

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本文编号：850390