芳纶纤维复合材料制孔表面缺陷机理及工艺试验研究

目的 减少芳纶纤维复合材料制孔的表面缺陷.方法 通过对芳纶纤维复合材料进行钻削试验,研究钻削过程中刀具的作用机理.通过不同切削速度和进给速度对制孔入口表面缺陷和孔内壁表面粗糙度的影响,研究制孔过程中的缺陷损伤,并进行相关评定.通过改变装夹工艺方式,研究装夹工艺系统的刚度对制孔表面缺陷的影响.结果 切削速度与进给速度对制...     

切削参数对碳纤维复合材料制孔质量的影响

高效、高质量的制孔是航空航天用碳纤维复合材料机械加工的基本要求。本文采用直径为3 mm的纳米金刚石涂层硬质合金钻头钻削T300碳纤维复合材料,研究切削参数(切削速度v=20,40,60,100,150 m/min;进给量f=0.01,0.018,0.03,0.045,0.06mm/r)对轴向力和制孔质量的影响规律。结果表明,轴向力随着进给量的增大而增大,随着切削速度的增大而减小,并建立轴向力Fz与切削速度v和进给量f之间的关系式:F_z=117.5·v~(-0.151)·f~(0.224)。在不同的切削参数下,孔入口处均未出现撕裂和毛刺,表现出良好的加工质量。随着进给量的增大,孔出口区质量在低速条件下由分层和撕裂变为毛刺,在高速条件下没有毛刺,出口区完整。总之,在高速和高进给条件下可以获得相对较好的制孔质量。     

钎焊金刚石套料钻磨粒间距对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)制孔直径和孔壁粗糙度的影响

在无冷却润滑条件下,采用钎焊金刚石套料钻对CFRP层合板进行钻削加工试验,研究了不同进给速度条件下钎焊金刚石套料钻的磨粒间距对CFRP层合板制孔直径精度和孔壁粗糙度的影响,建立了钎焊金刚石套料钻钻削CFRP的温度场仿真模型。研究结果表明:制孔直径的扩孔因子随着磨粒间距和进给速度的增加而减小,磨粒间距对扩孔因子的影响程度较大;孔壁相同位置处的粗糙度随着磨粒间距和进给速度的增加而增加;采用磨粒间距为1.6 mm的80/100金刚石磨粒的套料钻,在进给速度为150mm/min时钻削CFRP层合板制孔效果好。     

钻尖结构对碳纤维复合材料制孔质量的影响

碳纤维复合材料在钻削加工中,容易产生毛刺、撕裂等缺陷。本文采用直径为6 mm的硬质合金钻头开展T300及T700碳纤维复合材料的钻削试验,研究钻头螺旋角、刃形和横刃结构对制孔质量的影响。研究结果表明:采用小进给量时,对孔出口质量影响程度最大的是刃型,而螺旋角和横刃的影响很小;采用大进给量时,对孔出口质量影响最大的是螺旋角,其次是刃型,横刃影响最小;直刃口钻头加工的孔出口质量明显优于凸刃口钻头;大螺旋角略优于小螺旋角;有无横刃的孔出口质量对比差异不显著。     

Ti6Al4V钛合金螺旋制孔粗糙度的仿真与试验研究

基于螺旋铣孔的加工原理,建立了孔壁残留高度的理论计算模型和计算公式,并据此构造了孔壁微观形貌的仿真模型。通过分别对刀具自转速度与公转速度之比为整数和非整数两种情形的形貌仿真与制孔试验,协同研究了切削控制参数影响螺旋铣孔粗糙度的变化规律。形貌仿真结果表明,当自转速度与公转速度之比为整数时,孔壁粗糙度随刀具齿数增大和自转速度提高而减小;随公转转速和公转半径的增大,孔壁粗糙度增大;轴向进给螺距对孔壁粗糙度影响不大。当自转转速与公转转速之比为非整数时,其试验结果分析发现,同一公转半径下,随自转转速、周向每齿进给量、轴向进给螺距增加,孔壁粗糙度都呈增大趋势,其中自转转速、轴向进给螺距都比周向每齿进给量影响显著;不同公转半径之间,公转半径的增加有助自转转速、周向每齿进给量、轴向进给螺距降低孔壁粗糙度。     

钻削参数对碳纤维复合材料孔加工质量的影响

本研究通过单因素试验方法,开展钻削碳纤维复合材料的试验研究。采用KISTALER公司9265B型测力仪测钻削轴向力,并采用撕裂因子评价孔形貌质量,对钻削碳纤维复合材料的过程进行分析,研究不同钻削参数对钻削碳纤维复合材料的轴向力和孔加工质量的影响。试验结果表明:随着进给量的增大,轴向力逐渐增大,孔退钻口撕裂因子呈现先减小再增大的趋势,孔进钻口撕裂因子则呈现逐步小幅增大的趋势。随着转速的增大,轴向力逐步小幅减小,孔退钻口撕裂因子随之减小。并且,进给量对轴向力和孔加工质量的影响远大于转速对轴向力和孔加工质量的影响。在相同条件下,孔进钻口的毛刺、撕裂等缺陷明显少于退钻口的缺陷。     

基于MQL的碳纤维复合材料制孔表面质量及切削力试验

目的 减少碳纤维增强复合材料(CFRP)制孔表面毛刺及边缘凸起等缺陷。方法 对比研究在干切削和微量润滑(MQL)2种加工条件下碳纤维增强复合材料(CFRP)的制孔,在切削速度一定时,探究切削方式、进给速度对制孔尺寸精度、表面质量、切削力的影响。采用方差分析对各影响因素及其权重进行分析。结果 得出了切削方式和工艺参数对制孔尺寸精度、切削力、表面质量的影响规律。试验结果表明,在微量润滑条件下,由于润滑和降温的影响,表面毛刺得到有效去除,纤维断面平整,剪切作用明显,抑制了由温升所引起的边缘隆起膨胀现象,试样的表面质量得到显著提高,切削力整体降低。在干切削和微量润滑条件下对制孔尺寸精度影响最大的是切削方式。对于切削力,在干切削时受到切削方式的影响最大,在微量润滑条件下受到进给速度的影响最大,随着进给速度的增大而增大。结论 在现有试验条件下,微量润滑的加工质量总体上优于干切削的加工质量,其制孔尺寸的精度整体更高,其切削力最大降低了84.26%。     

碳纤维复合材料螺旋铣孔铣削力及铣孔质量试验研究

作为一种新型制孔工艺,螺旋铣孔能有效地减小碳纤维复合材料轴向力并改善其加工质量。因此,准确预测碳纤维复合材料螺旋铣孔过程中切削力的大小,有助于合理选择切削参数以及减小加工缺陷的产生。对碳纤维复合材料进行螺旋铣孔试验研究,得到不同切削参数下的切削力以及加工质量。利用线性回归分析,推导出轴向力和平面切削力经验公式。然后,通过对孔质量观察,发现入口和出口处均没有明显的撕裂现象,主要加工缺陷是入口毛刺,最后,探讨切削参数对入口毛刺的影响。     

碳纤维增强热塑性复合材料螺旋铣磨制孔损伤研究

目的 研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)螺旋铣磨制孔的切削温度和切削力的变化趋势,以及典型制孔损伤的特点,并分析切削温度的下降对制孔损伤的影响。方法 采用螺旋铣磨的方法开展CFRTP的制孔试验研究,通过改变工艺参数研究切削温度、切削力的变化趋势,分析各类典型制孔损伤的特点、形成原因及随工艺参数的变化情况,并研究添加冷却辅助降低切削温度对抑制制孔损伤的效果。结果 随着刀具自转转速、公转转速和螺距的升高,切削温度分别升高了约46.43%、12.06%和95.97%;切削力随着自转转速的升高而降低,随着公转转速和螺距的升高而增大。当螺距达到0.45mm时,轴向力会有所下降。入口损伤和出口损伤主要以毛刺为主,损伤会随着各工艺参数的升高而加剧,孔壁损伤主要表现为涂覆、变形、裂纹等3种形式。添加冷却辅助后,制孔质量得到显著提高,高温下的刀具涂覆问题基本解决。结论 切削温度是影响CFRTP制孔质量的主要因素,切削温度的升高导致树脂基体软化,使得切屑形貌从粉末状转变为连续薄片状,进而对切削力产生影响,树脂软化对制孔损伤有着明显的影响。冷却辅助能够明显地降低切削温度,从而起到抑制损伤的作用。     

PCD和HTi10刀具铣削CFRP试验研究

针对碳纤维复合材料(CFRP)难加工的特性,文中采用PCD和HTi10刀具进行了CFRP铣削试验,对加工过程中的铣削力、刀具磨损和表面粗糙度进行了分析。结果表明:PCD和HTi10刀具的铣削力和表面粗糙度变化规律一致,均随转速的增大而减小,随进给速度的增大而增大,但PCD刀具的铣削力更小,加工质量更好;与HTi10相比,PCD刀具的铣削力对刀具磨损更加敏感,更适合应用在加工环境较好的条件下。在CFRP加工过程中,粗加工时优选HTi10刀具,精加工时优选PCD刀具,宜选用高转速、低进给的切削参数。     

拉-拉疲劳载荷对孔壁强度的影响

在疲劳断裂的中心圆孔试样孔壁取样进行显微硬度与残余应力的测试,结合有限元模拟结果对测试数据进行分析,从孔壁强度变化的角度研究孔零件在拉-拉载荷作用下发生疲劳断裂的原因。结果表明：疲劳断裂中心圆孔试样孔壁出现显微硬度梯度,长度方向孔壁表面获得最大硬度,宽度方向孔壁亚表层获得最大硬度,说明孔壁不同部位经受循环塑性应力影响程度不同,宽度方向孔壁发生应变硬化后循环软化成为薄弱区域;孔壁不同部位获得不同的切向残余应力场分布,长度方向孔壁表面获得最大残余压应力,宽度方向孔壁亚表层获得最大残余压应力,应力集中效应最强的宽度方向孔壁表面成为薄弱区域。     

研磨刀架结构对金刚石刀具刃口质量的影响

金刚石刀具刃口锋利度和刀面表面粗糙度对所加工零件的质量有着重要影响。较好的研磨刀架结构将有助于降低因刀架而产生的振动扰动,获得高质量的刀具刃口。通过改进刀架结构,使刀具刃口锋利度从300 nm提高到了50 nm,表面粗糙度从15 nm提高到了0.5 nm,刀具刃口质量得到了明显改善。     

刀具变形对螺旋铣削CFRP孔径精度的影响

为了研究刀具变形对螺旋铣削碳纤维复合材料(CFRP)孔径精度的影响,使用硬质合金铣刀对碳纤维复合材料进行螺旋铣削试验,加工后对孔径进行测量,并对铣刀在螺旋铣削过程中受到的径向力而产生的变形进行分析。试验结果表明:螺旋铣削过程中,孔的轮廓线会呈两端粗中间细的形状。铣刀受到的径向力会导致其产生形变,最大变形量出现在刀尖处。在孔的入口处由于铣刀未进入完全切削状态受到的径向力较小,铣刀刀尖处变形量为10.92μm,孔径偏差为56.4μm;在孔径的中间部位,铣刀完全进入铣削状态,其刀尖处变形量为17.92μm,孔径偏差为279.8μm;在孔的出口处铣刀逐渐铣出CFRP,受到的径向力逐渐减小,其刀尖处变形量为9.946μm,孔径偏差为51.5μm。这表明螺旋铣削制孔过程中,刀具变形是影响孔径精度的重要因素。     

CVD金刚石厚膜刀具切削参数对切削力及粗糙度影响的研究

为了探究CVD金刚石厚膜刀具切削参数(包括刀具后角、刀尖圆弧半径、切削速度、进给量和切削深度)对切削力和被加工表面粗糙度影响的初步规律,采用单因素方法进行了一系列CVD金刚石厚膜刀具车削仿真和试验研究。结果表明:AdvantEdge有限元仿真软件模拟切削力过程有一定的准确性;在试验参数范围内,随着刀具后角的增大,切削力和表面粗糙度都是先减小后增大,当后角为11°时,切削力和表面粗糙度值最小;随着刀尖圆弧半径的增大,切削力逐渐增大,而表面粗糙度则逐渐减小;随着切削速度的增大,切削力和表面粗糙度都是先增大后减小,当切削速度为90m/min时,切削力和表面粗糙度值最大;随着进给量的增大,切削力和表面粗糙度都显著增大;随着切削深度的增大,切削力和表面粗糙度都逐渐增大,但切削深度对表面粗糙度的影响较小。     

沉积温度对硬质合金金刚石涂层附着力影响的研究

采用压痕实验、扫描电镜与激光Raman光谱分析,实验研究了酸浸硬质合金基底上金刚石涂层的附着力随沉积温度的变化.结果表明,涂层质量随沉积温度降低而显著恶化,涂层应力则随沉积温度提高而上升.从提高涂层附着力的角度考虑,存在一个最佳沉积温度.在较低的沉积温度下,涂层自身的质量较低、力学性能较差,在载荷作用下易于破坏.提高沉积温度,涂层自身的质量可得到改善,但基底中的钴向基底表面扩散的倾向加大,而且热应力增大,会严重降低涂层与基底的附着力.除硬质合金基底的预处理工艺外,沉积工艺对金刚石涂层的组织、性能以及附着力均有重要影响.     

切削速度对微织构刀具切削力的影响

目的 研究微织构刀具在不同切削速度下切削力的变化规律,从而改善刀具的切削性能。方法 利用激光技术在PCBN刀具前刀面进行微织构处理,加工微槽宽度分别为30、40 μm的垂直微槽和平行微槽,并选择60、72、85 m/min三种不同的切削速度,分别用微织构PCBN刀具干式切削AISI 52100材料,使用测力仪收集切削过程产生的主切削力、径向力和轴向力。结合有限元仿真技术,设置与实际切削试验相同的切削用量、微织构刀具材料和工件材料等切削条件,从刀具表面应力角度分析微织构刀具在不同切削速度下的切削力变化,并与切削试验结果进行对比。结果 在不同的切削速度条件下,不同微织构刀具产生的切削力受切削速度的影响程度不同。30 μm垂直微槽和40 μm平行微槽PCBN刀具在较高的切削速度下均能取得较小的切削力,切削速度的变化对主切削力、径向力和轴向力的影响均较大。结论 随着切削速度的增大,垂直微槽和平行微槽可有效减小主切削力和径向力。在相同的切削速度下,垂直微槽比与平行微槽更有利于获得较小的切削力。试验结果对微织构PCBN刀具切削淬硬钢材料奠定了基础。     

铁液冶金质量对机床铸件质量的影响

简述了铁液冶金质量对灰铁铸件质量的影响情况。为解决原用熔化设备和工艺生产的铸件所存在的质量问题,改用较大的冲天炉取代小型冲天炉,并采用优质冷压成型焦取代土焦,提高渗碳率,从而提高了铁液的冶金质量,在保证力学性能的前提下提高了碳当量,改善了铁液的铸造性能,从而消除了铸造缺陷,降低了废品率。     

切削铸铁的复合刀具及涂层刀具

介绍了复合材料的特点和影响铸铁材料切削性能的因素.切削铸铁的复合刀具包括:PCBN刀具、氧化物复合刀具、氧化物/碳化物复合刀具和金属陶瓷复合刀具.切削铸铁的复合刀具涂层的制备方法可以是气相沉积、电火花沉积和离子注入.