涂层钻头钻削碳纤维复合材料的轴向力研究

不同刀具材料对碳纤维复合材料的加工有较大的影响。通过合理选择钻头的基体材料和涂层材料,基于正交试验综合分析不同涂层材料、主轴转速及进给速度对钻削轴向力的影响。试验结果表明,涂层材料对轴向力的影响最大,涂层钻头的钻削轴向力比无涂层YG6X钻头小很多,类金刚石涂层(DLC)钻头最小。TiAlN和TiCN涂层钻头都有不同程度的磨损,DLC钻头的耐磨性和加工质量都远远高于其他涂层。     

PCD与硬质合金钻头钻削CFRP/Al叠层材料对比研究

为延长钻削CFRP/Al叠层材料的刀具寿命,采用PCD刀具与硬质合金刀具进行CFRP/Al叠层材料的钻削对比试验,分析了制孔数量对轴向力、刀具磨损以及制孔质量的影响。试验结果表明,随着制孔数量的增加,两种刀具的轴向力、磨损量及制孔缺陷均增大。采用PCD刀具钻削CFRP/Al叠层材料能有效减小刀具磨损且可获得更好的加工质量。     

TC4钛合金低频振动钻削切屑形态和钻削力研究

为研究TC4钛合金低频振动钻削过程中切屑形态与钻削参数和振动参数对钻削力(轴向力和扭矩)的影响规律,基于一种自主研制的低频振动刀柄,分别采用单因素法和正交试验法对钛合金进行了低频振动钻削试验,分析了不同钻削条件下的切屑形态和钻削力,建立了轴向力和扭矩的经验公式,并对钻削力的影响因素进行直观分析与方差分析。结果表明:试验系统在低频振动钻削TC4钛合金时,振幅与进给量之比接近临界断屑值0.81时断屑可靠,排屑顺畅;低频振动瞬时钻削力呈现出规律的正弦波形,钻削力动态分量远大于普通钻削,轴向力和扭矩均值可比普通钻削分别降低10%～15%和15%～20%;进给量对钻削力影响最为显著,振幅次之,钻削速度影响最小;建立的振动钻削经验模型误差保持在10%以内,可以较为准确地对该试验系统所选参数范围内的钻削力进行预测。     

钛合金TC4的钻削力试验研究

钛合金TCA属于较难加工材料,其小孔钻削尤为困难。为得到钻头直径、钻削参数（进给量、切削速度）和刀具材料对钻削力的影响规律,采用标准高速钢钻头对TCA与45钢进行了钻削对比试验,并用多元线性回归分析模型分别建立了扭矩和轴向力的经验公式。结果表明,TC4的钻削力比45钢大,钻削参数对钻削力的影响规律与45钢基本相同,即钻头直径对扭矩和轴向力影响最大,进给量次之,切削速度的影响最小。     

钻头几何参数对低频振动钻削CFRP/钛合金叠层材料钻削轴向力及温度的影响

通过开展低频振动钻削叠层材料单因素试验,研究了刀具的顶角、螺旋角和后角对钻削轴向力及温度的影响。结果表明:钻头顶角越大,轴向力越大,螺旋角的变化对钻削CFRP层轴向力影响较小;在钻削钛合金层时,轴向力随着螺旋角的增大呈先下降后上升的趋势,钻头后角越小,轴向力越大;钻头几何参数对钻削温度的影响可以忽略,得出较为适合CFRP/钛合金叠层材料振动制孔的钻头几何参数为顶角120°、螺旋角25°、后角20°。     

碳纤维增强复合材料/钛合金叠层结构钻削仿真研究

碳纤维增强复合材料在航空领域常作为结构材料与钛合金组成叠层结构,能在减轻重量的同时利用两种材料的不同特点获得更优异的综合力学性能。本文应用有限元仿真方法模拟了叠层结构CFRP/Ti在CFRP→Ti和Ti→CFRP两种钻削顺序下的制孔过程,探究了不同钻削顺序对叠层结构钻削应力、钻削温度及制孔质量的影响规律。结果表明,在CFRP→Ti钻削顺序下叠层界面制孔质量更高,更能满足实际生产要求。     

CFRP/TC4叠层材料低频振动钻削试验研究

低频振动辅助切削技术是基于传统切削给刀具加上有规律并可控的振动,从而达到减小切削力、提高加工精度和延长刀具寿命的目的。将低频振动辅助切削技术应用到CFRP/钛合金叠层材料制孔中,在孔径、孔壁粗糙度和入口质量等制孔质量方面与传统钻削进行对比试验研究。结果表明,振动钻削在制孔质量上具有明显的优势。     

TC4钛合金深孔枪钻钻削仿真及试验研究

利用DEFORM-3D软件模拟仿真枪钻钻削钛合金过程,研究分析出加工过程中转速和进给量的改变对于轴向力和刀具温度变化的影响规律。对所得数据进行试验验证来证明仿真分析结果的正确性,再依据所得规律和实际钻削试验获得最优的加工参数。研究结果对实际生产有一定的参考价值。     

CFRP/Ti叠层材料低频振动辅助钻削时不同参数对刀具磨损的影响

在制备飞机蒙皮连接孔时,CFRP/Ti叠层材料物理性能差别较大,传统钻削容易导致孔径超差、内壁灼伤及出口撕裂等制孔缺陷,较长的切屑无法及时排出,使刀具磨损加剧。针对上述问题,对低频振动辅助钻削的运动学原理进行分析,了解提高制孔质量及断屑的机理。利用控制变量法进行试验,研究不同加工方式和不同加工参数对刀具磨损的影响,分析不同主轴转速、进给速度和振动对刀具磨损的影响规律及其原因,同时也分析不同加工方式对刀具寿命的影响。     

C/SiC复合材料钻削工具载荷及磨损研究

采用HAM PCD焊刃麻花钻、KENNA CVD涂层麻花钻、金刚石套料钻(普通钻削与超声辅助钻削两种方法)三种工具对C/Si C复合材料进行了钻削试验,并对工具磨损情况、钻削力及扭矩进行了对比分析。结果表明:累计钻削深度lT=160mm后,套料钻普通钻削、超声辅助钻削磨损程度较轻,而HAM PCD焊刃麻花钻,KENNA CVD涂层麻花钻磨损严重。不同工具钻削加工时钻削力及扭矩随着工艺条件的变化呈现不同的变化趋势;采用套料钻加工时,与普通钻削相比,超声辅助钻削可有效降低钻削力及扭矩,最大降低幅度分别达到23%、56%。整体而言,套料钻超声辅助钻削加工时钻削力及扭矩较小、工具磨损较轻,是一种适合于C/Si C复合材料制孔的工艺方法。     

变参数钻削对CFRP/铝合金叠层的孔径精度影响

碳纤维增强复合材料和铝合金具有不同的物理力学性能和钻削工艺参数,采用相同的参数一次钻削CFRP/铝合金叠层材料不能满足高质量制孔需求。采用变参数工艺对叠层材料进行制孔实验,分析了变参数方式和变参数位置对孔径的影响,并与定参数钻削进行对比。结果表明,变参数工艺能有效降低铝合金与CFRP的孔径差值,提高钻削孔径精度。     

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。     

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。     

静电冷却干式切削钛合金TC4的刀具磨损试验研究

钛合金TC4的切削加工性差,采用极压切削液会污染环境,不符合可持续发展要求,故提出了静电冷却的绿色切削技术,研制了空气电离装置及供气系统,分别在干切、乳化液和静电冷却条件下,对硬质合金刀具YG8切削钛合金TC4时的后刀面磨损进行了试验研究,给出了后刀面磨损曲线,建立了切削速度与刀具使用寿命的关系式。结果表明,静电冷却可减少刀具磨损,提高刀具寿命,是一种清洁的绿色冷却切削工艺。     

TC4钛合金深槽插铣加工

针对钛合金深槽开槽加工效率较低的问题,对TC4钛合金深槽进行插铣开槽试验研究,并对其已加工表面形貌、切屑形态、刀具磨损及切削效率进行了分析。结果表明:插铣加工表面粗糙度较大,铣刀的端面刃为主切削刃,刀具磨损主要发生在铣刀的端面刃。对于钛合金深槽的开槽加工,插铣加工切削过程平稳,具有比层铣更高的切削效率。     

CFRP与钛合金叠层制孔钻头横刃结构优化

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金夹层结构制孔过程中加工质量、制孔效率与钻头寿命低等问题,以钻头的横刃结构为主要研究对象设计试验方案,对钻头横刃结构进行优化,以提高加工质量、制孔效率与钻头寿命。结果表明:优化后的横刃结构加工性能优于普通"X"形钻头横刃结构,不论是碳纤维复合材料部位还是钛合金部位轴向切削力明显减小。     

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。     

钛合金的深孔钻削技术研究

钛合金的切削加工性能差,其深孔钻削的技术难度更大。枪钻是深孔钻削的高效刀具,能有效解决钛合金的深孔加工问题。本文基于对钛合金材料切削性能和深孔钻削工艺的分析,通过深孔钻削试验,改进了钛合金叶片深孔钻削工艺,提高了枪钻寿命。     

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。