钻头几何角度对CFRP和钛合金叠层制孔的影响

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金叠层结构钻孔刀具寿命低、出入口质量不易保证、影响加工质量和制孔效率等问题。以钻头螺旋角、外缘后角和顶角为主要研究对象,进行试验方案设计,揭示钻头几何角度对叠层结构制孔切削力及出入口质量的影响规律,表明:碳纤维复合材料与钛合金叠层结构制孔的钻头最佳几何角度:螺旋角25°左右,顶角140°左右,外缘后角12°左右。     

钻头几何参数对CFRP/Ti加工轴向力的影响

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)与钛合金组成的叠层构件被广泛应用于航空航天领域,CFRP/Ti叠层材料的制孔加工一直是航空领域的热门话题。在使用机器人对飞机上的大型CFRP/Ti叠层构件进行制孔加工时,应在加工过程中尽量保持较小的轴向力。因此,为了研究钻头几何参数对CFRP/Ti叠层材料加工轴向力的影响,采用不同几何参数的无涂层硬质合金麻花钻对CFRP/Ti叠层材料进行钻削试验。结果表明,对CFRP/Ti叠层材料加工轴向力的影响顺序由大到小依次为横刃>顶角>螺旋角;当钻头的几何参数为顶角119°,螺旋角19°,横刃长0.3mm时,加工轴向力最小,制孔质量更好。     

CFRP/钛合金叠层构件钻孔刀具制孔质量对比研究

钛合金与碳纤维增强复合材料(Carbon-fiber reinforced plastics,CFRP)均广泛应用于航空航天领域。钛合金/复合材料构成的叠层构件对钻孔刀具提出了更高的要求。试验采用两种不同"变顶角"结构的钻头进行了钛合金/CFRP叠层构件钻孔实验。并对比分析了两种刀具加工孔的表面质量和切削力。结果发现:顶角由小变大的钻头轴向力较大,出口质量较差,但转矩小,孔径精度高,孔壁质量好;而顶角由大变小的钻头转矩较大,孔壁质量较差,但轴向力小,能有效抑制出口毛刺和撕裂,减小CFRP层孔的圆柱度误差。因而在加工以复合材料为出口的叠层构件时,顶角由大变小的钻头更具有优势。     

复合材料叠层结构制孔技术

针对碳纤维复合材料与钛合金叠层制孔质量差、效率低的问题,通过有限元仿真计算和切削试验相结合的方法,研究了碳纤维复合材料与钛合金叠层制孔切削机理,分析了面向刀具结构、几何参数和制孔工艺参数等因素,建立刀具结构、切削力、刀具磨损等数学模型,实现了碳纤维复合材料叠层制孔的刀具设计技术。     

TiSiC涂层钻头钻削CFRP/TC4钛合金叠层材料的研究

为解决碳纤维复合材料/钛合金叠层材料制孔刀具使用寿命短的问题,本文提出采用Ti Si C涂层来提高刀具耐用度,并研究了Ti Si C涂层钻头钻削碳纤维复合材料/钛合金叠层材料时的轴向力、刀具磨损和孔出口质量。结果表明,Ti Si C涂层刀具能减小钻削钛合金的轴向力,延长刀具寿命和改善孔出口质量,且制孔一致性良好,有利于提高钻孔质量和刀具寿命。     

碳纤维-钛超混杂复合材料孔加工刀具研究

碳纤维-钛层间混杂复合材料是一种性能优良的新型结构材料,它综合了碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)和钛合金的优点,在航空航天制造业中有着广泛的应用前景。但其孔加工质量差,刀具耐用度低,是其在飞机制造业应用及加工中遇到的主要难题之一。不同加工方法、不同刀具材料、不同钻尖形状、不同钻削顺序对其孔加工质量和刀具寿命的影响各不相同。螺旋铣孔、从钛合金一侧钻入、采用PCD材料或是特殊钻尖顶角硬质合金钻头等工艺,都可以显著改善孔加工质量和刀具寿命。     

CFRP及叠层结构螺旋铣孔专用刀具切削性能评价

碳纤维增强复合材料(CFRP)及由钛合金Ti-6Al-4V和CFRP组成的金属复合材料叠层结构广泛应用于现代航空工业。大型客机结构件之间主要通过铆接和高锁螺栓连接,根据波音与空客公司发布的数据显示,最新一代B787与A380上装配孔的数量已超百万,装配过程中的制孔效率与质量直接决定了客机整体装配效率及关键结构件的疲劳寿命,从而间接影响了客机的生产成本以及飞行可靠性。随着飞机数字化装配的快速发展,传统的钻孔工艺会产生很多加工缺陷,工序复杂,加工孔质量不能满足要求,因此,有必要优化制孔工艺,设计新型专用刀具。本文通过研究螺旋铣孔运动学特性,分析螺旋铣孔的工艺特点,设计了一种新型螺旋铣孔专用刀具,并以加工过程的轴向切削力、出入口加工质量以及刀具磨损为评价指标,验证该新型专用刀具的切削性能。结果表明,专用刀具在干切削条件下能够实现复材孔无分层、钛合金孔无毛刺加工,大幅提高刀具寿命,解决了传统立铣刀对CFRP及CFRP/钛合金叠层结构进行螺旋铣孔时刀具寿命低、加工质量差等问题。     

钻削飞机钛合金结构维修孔的钻头横刃优选试验

针对飞机钛合金薄壁结构维修工艺孔的手工钻削特点,选取了三种不同横刃形状的麻花钻头,通过所构建的微量复合油雾喷射润滑(CMJ)条件下的钻削试验系统,开展了钻头横刃形状对钻削性能影响的对比试验,优选出适合战伤抢修环境下使用的飞机钛合金蒙皮钻削的钻头形状,以期提高飞机钛合金结构的修理质量和效率。试验表明,横刃形状为S型钻头最适合飞机钛合金薄壁结构维修工艺孔钻削,虽然S型和短横刃型的钻头均可有效降低钻削轴向力,提高孔口圆度,但短横刃钻头因横刃区域面积小,磨损较为严重。     

抛物线钻头在深孔加工中的应用

东风汽车公司在加工深孔零件时过去大多采用普通麻花钻 ,在加工过程中时常发生加工质量不合格或钻头折断现象 ,造成零件报废 ,有时废品率可达3%以上。究其原因 ,主要是因为用普通麻花钻进行深孔钻削时存在以下不利因素 :①钻头细长 ,刚性差 ,加工时容易弯曲和振动 ,难以保证孔的直线度 ;②普通麻花钻的横刃为负前角 ,钻削时横刃处于挤刮状态 ,易引起钻头振动 ;③切屑长 ,且排屑通道长而窄 ,断屑、排屑困难 ;④切削液不易进入切削区 ,钻头易磨损 ;⑤钻头螺旋角和主切削刃前角较小 ,切削刃不锋利 ,排屑不畅。为提高深孔加工质量和加工效率 ,我…     

刀具横刃对复合材料制孔影响的仿真研究

在复合材料的制孔加工过程中,刀具横刃对加工质量的影响一直是一项亟待解决的难题,目前尚未有较为深入的研究。提出预钻导向孔的方法研究横刃和工艺参数对轴向力和加工质量的影响,并建立了有限元分析模型。对比分析了不同加工条件下的最大轴向力和分层因子。结果表明:减小横刃长度可有效减小最大轴向力和分层因子;采用较小进给速度和较高的主轴转速有助于提高加工质量;同时给出了横刃和工艺参数影响加工质量的主次关系为横刃大于进给速度大于主轴转速。     

高速钢麻花钻的磨损试验研究

麻花钻是实现孔加工的重要工具,然而切削刃口的快速磨损是制约钻孔质量和钻头寿命的重要因素。基于产品抽样钻孔试验与正交试验,本文对高速钢麻花钻的磨损、破损等失效形式进行了综合分析,探讨了以钻孔直径为评价指标时的孔加工数量与孔径的关系,并对麻花钻磨损的关键影响因素进行了正交试验研究。结果表明,麻花钻磨损与破损形式主要有主切削刃前刀面与后刀面磨损、横刃磨损、刃带磨损、外圆转角磨损、崩刃等;切削速度对麻花钻磨损影响最大、进给量次之、孔深影响最小;此外,随着加工孔数量的增加,孔径呈减小趋势。     

ENERGETICAL APPROACH FOR SEMI-ANALYTICAL DRILLING MODELLING

Drilling modelling is a complex task and has been extensively studied from an experimental viewpoint. However, only few studies have been done on the analytical modelling of this machining operation. The geometry of a drill and the kinematics of drilling are such that tool angles as well as the cutting conditions undergo great variations along the cutting edges. The calculation of the forces in drilling thus requires a cutting model covering the whole range of these variations. Moreover, on the chisel area, the cutting speed and the angles are such that the phenomena cannot be regarded as cutting. In this case, the material is plastically deformed when passing by tool edge, just as in indentation. In this study, we propose a semi-analytical model that allows determining forces on the tool, as well as heat fluxes and temperatures along the edges of the drill. In this model, the main cutting edge and the chisel edge are considered. It also takes into account the elastic relaxation on the clearance face with edge acuity, as well as a proper modelling of the phenomena occurring at chisel edge in relation with its geometry and the kinetics of a drilling operation.     

钛合金旋转超声辅助钻削的钻削力和切屑研究

针对难加工材料钛合金在采用普通麻花钻传统钻削过程中存在钻削力和扭矩较大使得钻孔困难,刀具使用寿命低,连续长切屑易缠绕刀具、划伤孔加工表面、增大刀具-切屑-工件孔壁之间的摩擦以及排屑差引起堵屑和卡刀具的问题,引入一种新刃型刀具（即八面钻）,并结合超声振动钻削技术,进行了钛合金旋转超声辅助钻削试验。分析了旋转超声辅助钻削和普通钻削中切屑形成原理,采用文中所设计的旋转超声振动钻削主轴结合BV100立式加工中心平台、测力系统和非接触激光测量系统进行了无冷却条件下基于八面钻的钛合金旋转超声辅助钻削和普通钻削试验以及钻削力、扭矩和切屑形态的研究。试验结果表明：相比于普通钻削,超声钻削明显降低钻削力和扭矩分别为19.07%~20.09%和31.66%~34.3%,明显增强了钻头横刃和主切削刃的切削能力,获得了良好的断屑和排屑效果,提高了切削过程的稳定性,能够极大改善钛合金钻孔过程钻削困难、刀具使用寿命低和孔加工质量差的问题。     

Drill point geometry of multi-flute drills

This paper presents a comprehensive mathematical model for analysis of the geometries of conical, hyperboloidal, and ellipsoidal drills. The proposed method includes three particular features. The first is that a rotational disk-type abrasive wheel is modeled by revolution geometry, thus allowing for the normal and tangent vectors of an abrasive wheel to be obtained explicitly. Consequently, the tangent and normal vectors along the cutting edges and chisel edges of the produced drill can be obtained. The second feature is the ability of the model to determine and express drill geometries and characteristics (semi-point angle, tool cutting edge inclination, chisel angle, normal rake angle and normal clearance angle) according to all current international standards. Thirdly, the drill’s working geometries are investigated by taking the effect of feed motion into consideration. We found that cutting edge geometry can be studied without significant error even though we neglect the effect of feed. The chisel edge working geometry shows greater variation than tool geometry. Consequently, the effect of feed must be taken into consideration when studying chisel edge action during drilling operation.     

Ti6Al4V钛合金枪钻加工的切削力试验研究

钛合金在深孔加工过程中存在刀具磨损严重和加工表面质量差等问题。本文采用整体硬质合金单刃枪钻作为深孔加工刀具,通过对刀具结构的分析和对Ti6Al4V钛合金深孔钻削的切削力试验研究,得到工艺参数对切削力的影响规律,结合制孔的表面粗糙度,优化了钛合金枪钻加工工艺参数。同时,通过刀具的磨损分析得到了钛合金枪钻加工过程中刀具的主要磨损形式。     

钛合金材料的钻孔技术分析

钛合金热稳定性好,高温力学变形系数小,具有良好的抗腐蚀性和粘接性能,主要应用于航空航天等领域中。但是钛合金导热系数低,单位面积上的切削力大,造成钛合金在钻削时,刀具磨损快,易导致钻头烧结、卡钻、钻斜、尺寸超差等。本文针对钛合金磨削钻削难加工问题,通过正确选择钻头角度、钻削用量、钻削冷却液等参数,保证钛合金零件钻削精度要求。     

深孔麻花钻横刃修磨对切削性能的影响

采用自行设计的10支不同内刃圆弧半径、内刃前角和过心量的深孔麻花钻对45#钢进行钻孔加工试验。通过分析钻孔时的轴向力、扭矩和被加工孔精度等因素,研究了横刃对钻削过程的影响,为提高深孔麻花钻寿命、钻削生产效率和孔加工质量提供了指导意义。     

钛合金微小孔钻削试验研究

应用自行研制的TiC涂层和类金刚石（DLC）涂层硬质合金钻头以及市售硬质合金钻头（WC-Co）对钛合金材料进行微小孔钻削性能对比试验,研究了进给速度与切削力和扭矩的关系,分析了刀具的磨损特征以及孔的表面质量和孔入口处的毛刺情况。结果表明：DLC涂层硬质合金钻头比普通硬质合金钻头和TiC涂层硬质合金钻头更适合加工钛合金材料微小孔。     

基于FEM的可转位浅孔钻几何参数的优化

建立了刀体与刀片的坐标系，定义出可转位浅孔钻的五个主要安装角度，并对其进行优化，得到径向合力近似为零的结果。为浅孔钻的结构设计和进一步研究钻削力、钻削温度等提供了依据。