航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在切削过程中的各向异性行为研究

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。采用直角自由切削试验的方法,得到了T700航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在不同纤维方向角下的切削力、切削比能、切削温度、切削加工表面。基于试验结果讨论了碳纤维单向层合材料在切削过程中力热行为的各向异性,得到了不同切削参数条件下的切削比能图谱以及碳纤维复合材料的切削热源和传导模型。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)分析了典型切削加工表面的特征,得到了不同纤维方向下的表面形成规律。     

钎焊金刚石套料钻CFRP制孔研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)中高硬度碳纤维易加速孔加工钻头的磨损,导致加工质量变差。采用钎焊金刚石套料钻加工CFRP不仅可提高钻头的耐磨性,加工质量也得到了改善。为更好地优化提高套料钻加工性能,试验采用有序排布的金刚石磨粒制作钎焊套料钻,尝试通过改变磨粒数量来调整单颗磨粒切厚大小,对相同工艺参数下不同单颗磨粒切厚对钻削轴向力、孔壁粗糙度以及出入口质量的影响进行了研究。建立了金刚石磨粒的运动模型,并分析了套料钻制孔中已加工表面的形成过程。试验结果与分析表明:制孔质量与容屑空间和单颗磨粒切厚有关。在容屑空间充足的情况下,随着单颗磨粒切厚的减小,轴向力减小,制孔质量提高。     

CFRP铣削力建模研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer/plastic,CFRP)由于其不均匀性和各向异性的材料特性,在铣削加工过程中容易出现各种缺陷。铣削力建模有助于探究CFRP的铣削力变化规律、优化加工参数,进而减少缺陷的产生。本文基于多元非线性回归的方法,建立了铣削力系数关于4种影响因素(纤维切削角、瞬时未变形切屑厚度、主轴转速和轴向切深)的函数关系。经过单向CFRP铣削力实验和多向CFRP铣削力实验验证,所建模型可以较准确地预测铣削力变化规律。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。     

低温铣削T800 CFRP多向层合板的刀具磨损研究

碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiber reinforced plastics， CFRP）因其高强度比以及优秀的耐腐蚀等优异性能在航空航天、汽车等领域得到广泛应用。然而，由于CFRP材料的非均质性和各向异性，其加工过程相较传统均质材料更为复杂，导致刀具磨损严重。针对这一问题，本文选用PCD立铣刀对T800 CFRP多向层合板材料进行低温铣削试验，研究了切削速度、每齿进给量以及切削介质温度等对PCD刀具后刀面磨损的影响规律。结果表明，随着切削速度和每齿进给量的增大，刀具后刀面磨损带宽VB呈下降趋势，切削介质温度为-50 ℃时能够得到较小的刀具后刀面磨损带宽。此外，通过MATLAB对试验结果进行了非线性拟合，获得了切削速度、每齿进给量以及切削介质温度与刀具后刀面磨损带宽的映射关系经验模型，为T800 CFRP材料铣削刀具磨损抑制和延长刀具寿命提供了关键支撑数据。     

碳纤维复合材料高质量制孔工艺

制孔质量是导致碳纤维复合材料产品报废的重要因素.本文从机械加工的角度,论述了碳纤维复材产品制孔工艺过程中的主要缺陷及其形成机理.为解决这些缺陷,根据其形成机理,设计了相关对比工艺试验.在试验验证的基础上,提出了碳纤维复合材料高质量制孔的工艺参数.     

碳纤维增强碳化硅基复合材料的低温铣削研究（英文）

碳纤维增强碳化硅基复合材料(C_f/SiC复合材料)是航空航天高端装备热端构建最具潜力的新型高温结构材料,但是其干切削存在切削温度高、刀具磨损快和加工损伤严重等问题。本文研究了C_f/SiC复合材料的液氮低温铣削特性,并开展了低温切削和干切削的对比试验研究。阐明了铣削用量和低温介质对切削温度、切削力、加工表面质量和刀具磨损的影响规律。结果表明,液氮低温铣削C_f/SiC复合材料的切削温度比干切削降低了40%—60%;低温铣削中,随着铣削用量的增加,切削力逐渐升高;低温铣削的加工表面质量优于干切削。C_f/SiC复合材料的去除机理主要包括纤维断裂、基体破坏和纤维与基体脱黏等。PCD铣刀的主要失效形式是后刀面磨损,液氮低温铣削中低温阻碍了PCD铣刀中粘结剂Co软化和金刚石相变,因此刀具寿命得到提高。     

DLC涂层硬质合金微钻的制备及其切削性能

在硬质合金微型刀具加工高硅铝合金等难加工材料时,通过采用改进的热丝CVD装置开展了DLC涂层硬质合金微钻制备工艺优化,得到了最优沉积工艺,并配合高速加工高硅铝合金(Si15%)材料微小孔钻削性能对比试验,分析了刀具的磨损机理.结果表明:两步预处理方法适合复杂形状硬质合金衬底的预处理方法.钻削高硅铝合金时,DLC涂层具有低摩擦系数和高耐磨损特性,同等切削条件下,涂层微钻的切削寿命比未涂层硬质合金微钻提高了10倍.     

微小孔加工试验及刀具磨损机理

由于钛合金和印刷电路板的难加工性使得微小孔的加工精度和表面质量难以保证,刀具技术成为提高加工效率的主要障碍。本文应用3种不同涂层钻头对钛合金和印刷电路板进行微小孔钻削对比试验,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:钻削印刷电路板的临界进给速度为1 591.2 mm/m in,涂层对钻削力和扭矩的影响不明显;类金钢石(DLC)涂层硬质合金钻头比普通硬质合金钻头和T iC涂层硬质合金钻头更适合加工钛合金材料微小孔。     

大螺距数控螺旋铣削飞机叠层结构界面孔径非一致性缺陷抑制方法（英文）

研究了大螺距数控螺旋铣削(NC orbital milling,NCOM)飞机叠层结构界面孔径非一致性缺陷的抑制方法。对比试验表明,毛刺、孔检非一致性和误差是典型的界面缺陷,其中大螺距螺旋铣削制孔时孔径非一致性和误差比毛刺更为严重。作为影响界面缺陷的主要因素,对轴向力和径向力进行了深入研究。从螺旋铣孔(Orbital milling,OM)的加工机理和叠层制孔的实际工况出发,对CFRP/Ti6Al4V叠层结构进行了不同切削条件下大螺距NCOM制孔试验,分析了叠层夹紧、切削参数、微量润滑(Minimal quantity lubrication,MQL)、以铣代铰、层间变速等方法对界面孔径的影响。研究结果表明,层间夹紧、层间变速及MQL均可有效抑制界面孔径对接超差缺陷。当采用一把刀具加工不同尺寸孔径时,轴向进给对界面孔径精度的影响比切向进给显著;当采用多把不同加工同一尺寸孔径时,小直径刀具会降低一次加工时界面孔径精度,但可以采取"二次以铣代铰"方法改善孔径加工精度。     

高速切削技术及刀具的发展现状综述

切削刀具在航空加工领域的应用技术进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的新阶段。本文介绍高速切削的刀具材料、涂层技术、创新刀具结构、切削加工配套技术等先进的切削技术及刀具的发展现状。     

一种新型的切削数据优化方法

切削数据是度量切削技术水平高低的基本量值，采用优化的切削数据是发挥机床功能，提高切削效率的基本方法，目前，已有的切削数据优化方法存着计算步骤繁复、优化时间长等缺点，难以满足现代制造技术发展的需要。本文在给出目标函数和约束条件一般形式的基础上利用ｆ最小线，ｖ最小线和ｚ等值线等概念提出了单工序下通用的切削数据优化方法－目标等值线法，该方法不需进行迭代运算，计算简单，与通常的优化方法相比，其优化速度提高     

金属切削数据库建造技术研究

提出由切削用量库、刀具几何角度库、切削液库和单位切削功率库基本构成金属切削数据库，给出了它们的关系模式。由切削参数编码的特征位合成切削用量库关键字，即构成切削数据编码。按切削深度规范化存贮切削数据，并给出切削用量插值计算式。由切削数学模型的系数和指数，以及不同切削条件的修正系数建立浓缩型切削数据库，这类数据可实现切削数据优化。运用金属切削理论与经验等领域深层知识建立刀具材料选择专家系统，它作为一个子系统由切削数据库系统调用，通过正反向混合推理，可为切削新型金属材料推荐合适的刀具材料牌号。     

钢板数控下料排样的一种优化算法

讨论了毛坯需求需要精确满足的不规则型毛坯数控气割下料排样问题。采用组块剪切排样法,排样时首先形成矩形组块,然后使组块在板材上优化排列。本文对两维约束排样算法进行修改,使之能生成所述排样问题的切割方式。最后应用所述算法给出变压器生产中钢板数控下料实例的优化排样方案,并与手工排样结果进行了对比     

精密加工中切削方向毛刺生成机理的研究(英文)

金属切削毛刺是切削加工中产生的常见现象之一。本研究以金属切削实验为基础 ,对二维精密切削中切削方向毛刺的形成过程、主要影响因素及其变化规律进行了系统的实验研究和相应的理论分析 ,结果表明 :( 1 )切削方向毛刺形成过程为正常切削、挠曲变形、弹性效应、继续切削和剪切断裂分离 ;( 2 )发现了切削方向毛刺形成过程中的切屑与工件表面剪切断裂分离的特殊现象 ;( 3)切削方向毛刺尺寸和形态随着切削条件和刀具几何参数的变化而变化。     

线切割上下异型面加工工件描述新方法

在高速走丝电火花线切割机上实现上下异型面切割是国内首创的锥度切割新技术,其中如何描述上下异型直纹曲面工件是上下异型面切割的关键之一。本文详细论述了适用于上下异型面切割的上下面独立编程方法,其原理就是用轨迹合成算法使两个独立的二维程序合成为一个四维联动的线性程序。在文[3]中,作者曾介绍了两种轨迹合成算法,但它们具有加工程序段数多和分割计算误差大的缺点。本文介绍的最少分割段数法是一种新的轨迹合成算法,使用该方法进行轨迹合成计算,既可以获得最少的加工程序段数,又可以保证分割计算精度。     

WC-Co硬质合金喷涂层的高速车削机理与技术

WC-Co硬质合金喷涂层是刀具材料的主要成份,难以用普通刀具对它进行车削加工。本文分析了这种喷涂层与超细晶粒刀具材料在结合强度上的差别,研究了高速车削的合理性与可行性。本文还深入讨论了刀具材料、特定的切削用量优化指标以及刀具几何参数确定等实际技术问题。     

切削温度测量的虚拟仪器

介绍了利用热电偶测量切削平均温度并进行分析处理的虚拟仪器。利用LabVIEW平台开发 ,利用PCI-12 0 0卡采集工件 -刀具热电偶产生的热电势。具有显示温度波形曲线、热电偶标定、确定切削温度指数公式、判定切削状态的能力     

数控加工刀具的选择和切削用量的确定

对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行探讨,给出若干原则和建议,并对应该注意的问题进行讨论。