硬质合金钻头钻削碳纤维复合材料钻削力及刀具磨损研究

发布时间：2017-11-03 06:01

  本文关键词：硬质合金钻头钻削碳纤维复合材料钻削力及刀具磨损研究

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【摘要】：碳纤维增强复合材料(CFRP)具有质轻、模量高、比强度大、高磨蚀等特点,因而广泛用于航天、航空、汽车、体育娱乐及其它领域。CFRP是难加工材料,材料层间结合结构、各向异性等特点在加工过程中易产生撕裂、分层、表面质量难以保证等问题,CFRP具有高耐磨性、导热性差和高强度等特点易导致刀具磨损和失效,将对加工成本和加工效率造成很大的影响。本文针对T800加工过程中的刀具磨损问题,对刀具磨损与钻削力、钻削温度以及制孔质量的关系进行了试验研究,为刀具的研发和切削参数的选择提供参考。论文的主要研究内容如下:(1)采用YG6X硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料T800进行了钻削试验,对麻花钻加工过程进行了分析,研究了切削参数和刀具磨损对钻削轴向力的影响,并通过建模确立了麻花钻加工T800时的临界分层力,通过多元线性回归分析的方法,建立了麻花钻的钻削轴向力的模型。结果表明:对钻削轴向力影响最大的是转速、其次是进给速度,最后是加工孔数,随着刀具磨损增大,轴向力增大。(2)通过田口试验研究了切削参数以及加工孔数对刀具磨损的影响。基于多元线性回归分析的方法,建立了麻花钻刀具磨损的预测模型。试验结果表明,对麻花钻后刀面磨损值VBmax影响最大的参数是进给速度,S/N比贡献度为44.17%;其次是孔数,S/N比贡献度为31.75%;最后是转速,S/N比贡献度为24.08%。随着刀具磨损增大,钻削温度也随之增加。刀具磨损机理主要为磨粒磨损,麻花钻的主要磨损区域在横刃修磨处以及主切削刃。(3)观测了麻花钻钻削加工后孔壁的形貌、孔的圆度及孔壁表面粗糙度,分析了麻花钻钻削加工过程中产生出入口缺陷的原因,研究了刀具磨损与孔加工质量的关系,分析了外圆转角磨损对孔壁粗糙度的影响。结果表明:随着刀具磨损增大,孔壁粗糙度和撕裂面积因子增大,孔圆度降低。
【关键词】：T800 转速 进给速度 后刀面磨损值VBmax
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG52;TB33
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题来源11
• 1.2 复合材料性能特点及其发展应用11-14
• 1.3 国内外碳纤维增强复合材料机械加工研究综述14-17
• 1.3.1 碳纤维复合材料加工技术的研究14
• 1.3.2 碳纤维复合材料钻削机理的研究14-15
• 1.3.3 碳纤维复合材料钻削力的研究15-16
• 1.3.4 碳纤维复合材料钻削刀具磨损的研究16
• 1.3.5 碳纤维复合材料钻削温度的研究16-17
• 1.4 碳纤维复合材料钻削过程中存在的问题17-18
• 1.5 本文研究的主要内容18-19
• 第二章 碳纤维增强复合材料钻削加工试验设计19-27
• 2.1 试验材料19-20
• 2.2 试验刀具20
• 2.3 钻削加工试验平台20-23
• 2.4 孔质量检测装置23-25
• 2.5 加工参数及试验方案25
• 2.6 本章小结25-27
• 第三章 碳纤维增强复合材料钻削力研究27-37
• 3.1 麻花钻钻削加工过程分析27-31
• 3.1.1 硬质合金麻花钻的钻削加工过程分析27-29
• 3.1.2 麻花钻的钻削加工临界轴向力计算29-31
• 3.2 正交试验31-36
• 3.2.1 正交试验方案与结果31-32
• 3.2.2 试验结果分析32-34
• 3.2.3 钻削力模型的建立34-35
• 3.2.4 钻削参数对钻削轴向力的影响35-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 刀具磨损及机理研究37-57
• 4.1 试验设计37-39
• 4.1.1 试验设备37
• 4.1.2 试验方法及结果37-39
• 4.2 试验结果分析39-43
• 4.2.1 后刀面磨损值VBmax与SN比的极差分析39-41
• 4.2.2 信噪比SN比方差分析41-42
• 4.2.3 SN比试验验证42-43
• 4.2.4 刀具磨损模型的建立43
• 4.3 刀具磨损43-49
• 4.3.1 刀具磨损形貌43-45
• 4.3.2 后刀面磨损45-46
• 4.3.3 横刃磨损46-47
• 4.3.4 外圆转角磨损47-48
• 4.3.5 前刀面磨损48-49
• 4.4 钻削温度49-52
• 4.4.1 试验方法49-50
• 4.4.2 钻削温度试验结果分析50-52
• 4.5 刀具磨损机理研究52-55
• 4.5.1 刀具磨损机理理论52-53
• 4.5.2 刀具失效形式53-55
• 4.6 本章小结55-57
• 第五章 刀具磨损对制孔缺陷的影响研究57-69
• 5.1 碳纤维复合材料孔加工缺陷分析57-63
• 5.1.1 孔出入口缺陷的分析57-58
• 5.1.2 孔的入口缺陷研究58-59
• 5.1.3 孔的出口缺陷研究59-63
• 5.2 孔壁表面质量研究63-67
• 5.2.1 试件的制作和观测63-65
• 5.2.2 刀具磨损与孔壁表面质量的关系65-66
• 5.2.3 刀具磨损与孔圆度的关系66-67
• 5.3 本章小结67-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 全文总结69-70
• 6.2 课题研究展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 附录A:攻读硕士学位发表的研究成果77

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本文编号：1134906