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。     

加工钛合金大口径深盲孔的研究

钛合金属难加工材料,其深孔加工的难度更为突出,加工质量不易保证。本文通过实验对比,对加工钛合金大口径深盲孔中出现的偏孔、切屑堵塞、切削振动、刀具破损等主要问题进行了分析,提出了解决办法,得出了切削用量的优化参数。由于钛合金的化学亲和作用,深孔加工刀具的导向条表面易于粘附,结果拉伤已加工表面,造成表面粗糙度上升。加大导向条与孔壁的间隙虽可减少导向条表面的粘附,但同时会引起切削振动的加剧。针对这一矛盾,本文着重对加工刀具的导向条分布、导向条与孔壁的间隙以及导向条的选材方面进行了探讨,提出了以非金属导向条代替硬质合金导向条进行钛合金深孔精加工的方法,使得已加工表面的粗糙度大大降低。这些研究结果对实际加工具有一定的指导作用。     

配合间隙对层板多孔连接内力分配的影响

本文利用Ｆａｂｅｒ级数展开和弹性平面理论中的复势方法，提出了一个普遍有效的关于层板多孔连接的内力分配的分析方法，作为算例应用，特别研究了配合间隙对层板四孔连接内力分配的影响。本文方法不难推广到多孔连接的其他力学问题。     

小孔法测量非均匀残余应力的数据处理与误差分析

讨论了逐层钻孔法测量非均匀残余应力的释放应变处理和测量误差对残余应力计算精度的影响。利用转换应力、转换应变，可方便地计算残余应力值。受小孔法本身缺陷的限制，计算所得残余应力误差随孔深增加而加大，测量深度约为应变片平均半径的一半。     

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.     

基于多传感融合的自动钻铆孔位在线测量方法

为了获得飞机壁板自动钻铆中孔位的实际位置和法向信息,提出了一种基于视觉和激光测距多传感器融合的孔位在线测量方法,该方法可以实时获得钻铆任务的孔位偏差修正量,从而保证壁板钻铆质量。首先,通过建立视觉和激光测距传感器与钻铆机参考坐标系间的映射关系,获得了钻铆孔位在线测量的多传感器融合模型,给出了孔位位置和法向的在线测量原理。然后,为了简化标定过程和提高标定精度,设计了一种同时适用于视觉和激光测传感器的标定板,给出了位置和法向测量的标定方法。最后,测量试验表明,多传感融合的在线测量方法孔位测量位置误差≤0.2 mm,法向误差≤0.3°,能够满足飞机钻铆孔位测量精度要求。     

光固化快速成型的轻质AGARD-B模型气动特性实验研究

传统金属制风洞模型质量大,设计加工周期长、成本高,为此笔者提出了采用一种光固化快速成型技术,设计加工轻质风洞模型的方法,并对比分析了引起光固化快速成型的轻质和金属AGARD-B模型气动特性间差异的原因.结果表明,在跨声速范围,轻质模型同金属模型的气动特性基本吻合,光固化快速成型技术的高速风洞模型设计方法基本可行.     

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。     

颗粒增强锌基复合材料断裂与断口分析

为探讨颗粒增强低熔点金属基复合材料的性能和断裂特性，扩大锌合金的应用范围，本项工作采用流变铸造法制备了ＳｉＣｐ／Ｚｎ，Ａｌ２Ｏ３ｐ／Ｚｎ基复合材料，对该材料进行了冲击韧性、弯曲强度、压缩强度等性能测试，观察了其断口形貌，分析了其断裂特性，提出了此类复合材料的断裂模式。文中还讨论了增强颗粒的表面处理、粒子含量、粒径大小、粒于种类、基体合金种类对复合材料性能的影响。     

SiCp／Zn基复合材料的制备与显微组织的观察

为探讨颗粒增强低熔点金属基复合材料的制备工艺和性能，扩大锌合金的应用范围，本项工作采用旋涡搅拌法制备了ＳｉＣｐ／Ｚｎ基复合材料，并讨论了搅拌工艺参数，增强颗粒表面处理对复合效果的影响。显微组织观察表明：ＳｉＣｐ分布均匀程度取决于颗粒的表面处理以及复合工艺参数的控制。ＳｉＣｐ经高温焙烧后，其表面获得一层稳定的ＳｉＯ２，从而有利于改善ＳｉＣｐ与基体锌合金的浸润性能。在基体中加入Ｍｇ等金属粉末，对于Ｓｉ     

Experiment on Machinability of Ti2AlNb Intermetallic Alloy

Ti2AlNb intermetallic alloy is a newly developed high-temperature resistant structural material due to its excellent material and mechanical properties,which also make it to be one of the most difficult-to-cut materials.In order to study the machinability of Ti2AlNb alloy,a series of turning experiments of Ti2AlNb alloy with varying cutting speed and feed rate using coated carbide tools are carried out.The results associated with cutting forces,cutting temperature and tool wear are presented and discussed.Moreover,the cutting performance of Ti2AlNb alloy is evaluated in comparison with that of most commonly used Ti6Al4 Vand Inconel 718 alloys in terms of the cutting forces and cutting temperature.The comparison results show that there is a correlation between the machinability and the mechanical properties of work material properties.Additionally,considering material removal rate and tool life,the optimized machining parameters for cutting Ti2AlNb alloys using coated carbide tools are recommended.     

铝液在多孔介质中渗流时气体反压力模型的研究

本文研究了铝液在多孔介质中快速糁流的特点，建立了在渗流法制备多孔泡沫铝合金时的型腔内气体反压力模型，该模型使计算结果更接近实际浇注情产况，研究表明气体反压力与多孔介质的透过率（即孔隙率和孔径）、渗流速度、渗流长度有关。通过对渗流过程的渗流和传热进行耦合数值计算，并经实际浇注验证，说明数值计算基本合理，对最终优化渗流工艺具有实际意义。     

复合材料的安全系数统计分析

为了解决纤维增强树脂基复合材料(Fiber-reinforced plastics．FRP)结构设计中安全系数的取值问题,本文利用强度服从三参数Weibull分布。应力服从Gumbel分布时复合材料结构安全系数厂与可靠度之间的关系，对一些常用的FRP的安全系数与可靠度之间的关系进行了统计分析。给出了几种常用类型复合材料在不同应力变异系数和不同可靠度要求下的安全系数的统计取值范围。得到了应力变异系数为0．1,0.15和0.2时这些FRP的安全系数分散带。对于应力变异系数不等于0．1,0．15和0．2的情况，可以采用文中方法进行具体分析或进行插值计算。并得出了材料强度和应力的分散性对安全系数具有很大影响的结论。这对于复合材料结构设计有重要的参考价值。     

绝缘层厚度对孔电解加工稳定性和精度的影响

通过对孔电解加工中加工间隙的电场和流场仿真,研究了电极绝缘层的涂覆尺寸特征对小孔加工性能的影响.进行了管电极电解小孔的试验,得到了理想的绝缘层厚度参数.试验和仿真均表明, 增大绝缘层厚度可以减小孔的侧面腐蚀面,并使孔圆度有所增加,同时提高了加工过程的稳定性,但过大的涂覆厚度易出现打火甚至加工短路.     

镁合金消失模铸造充型过程中模样-金属界面行为的研究

通过直接观察充型过程和金属充型速度的标准方差分析技术研究了抽真空条件下镁合金消失模铸造充型过程中模样-金属界面行为。结果表明：在镁合金的浇注温度下，泡沫模样主要熔解为液态产物。在不抽真空时充型过程主要受模样-金属问热解产物的排除控制，金属前沿充型平稳并呈微凸形，充型速度很小并持续降低。然而，在抽真空条件下金属充型更多地受模样-金属界面处模样分解控制，金属前沿极不平稳并呈不规则的凹形，在充型过程中金属的充型速度变化很大并且无明显的规律可循。金属的充型速度随真空度提高而迅速增大，真空度与浇注温度对充型速度的影响具有很强的交互作用；进一步提高真空度，浇注温度成为影响充型过程最重要的因素，而真空度以及真空度与浇注温度的交换作用对充型速度的影响大为减弱。基于以上研究，提出了负压条件下镁合金消失模铸造充型过程中模样-金属界面处模样的热解和热解产物的排除行为模型。     

纤维金属层板的研究与发展趋势

纤维金属层板(Fiber metal laminates,FMLs)因其优良的疲劳性能以及高损伤容限,成为航空航天领域重要的结构材料,并愈加受到汽车、轨道交通等领域的关注。本文在综述FMLs发展概况的基础上,重点介绍了新型铝锂合金GLARE层板、热塑性Ti/Cf/PEEK层板及新一代聚酰亚胺FMLs层板的研究工作。同时针对FMLs的失效行为复杂、一些性能评价方法还不够完善等现状,评述了深入开展FMLs失效行为研究、采用计算机仿真技术进行其综合性能预测研究的重要性。最后,回顾了FMLs传统成形方法,如自成形技术和滚弯成形技术,并探讨了喷丸成形和液压成形在FMLs构件制造中的应用。     

飞机大部件对接自动化制孔单向压紧力分析

飞机装配制孔过程中施加一定的压紧力可以有效控制贴合面间隙,而飞机大部件对接自动化制孔,只能采用单向压紧的方法。本文首先分析了单向压紧力对毛刺的影响,并讨论了压紧力分析的3种分析方法,然后以某飞机中机身和中后机身对接处的典型位置为实例,应用有限元方法分析了贴合面间隙随压紧力变化情况,最后给出合理的压紧力推荐值。     

新型AlTiN涂层钻头高效干式钻削40Cr的开发与试验

针对40cr的高效干钻削,开发了含铝质量百分比分别为40%和55%的AlTiN涂层钻头.通过刀具耐用度、加工表面质量、刀具磨损、切削变形等方面的研究,分析了不同含铝量的涂层对干钻削加工的影响.试验结果表明,AlTiN涂层钻头适合高效干钻削,并能保持良好的加工表面质量,特别是含铝量为55%的涂层,其耐用度在90 m/min的切削速度下是含铝40%涂层的1.3倍.试验还揭示了这两种涂层干钻削的磨损机理:两种AlTiN涂层都出现了氧化磨损,高含铝量的涂层在切削温度下易形成致密的氧化膜,使刀具抗高温性增加并减少涂层剥落,最终以涂层塌陷形式失效;低含铝量涂层刀具以涂层剥落、微崩刃形式失效.同时高含铝量涂层改善了加工过程中的润滑条件.     

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.     

低温磨料气射流加工装置的研制与实验验证

针对磨料气射流加工技术在常温下无法加工聚二甲基硅氧(Polydimethylsiloxane,PDMS)等聚合物材料的问题,提出了低温磨料气射流加工PDMS等聚合物材料的设想。设计了一套低温磨料气射流加工装置,通过改变浸没在液氮中的蛇形管长度,可以得到不同温度的低温磨料气射流。建立了蛇形管长度计算的数学模型,通过实验验证了该模型的可行性,为以后对低温磨料气射流加工进行更深入的研究奠定了基础。用不同温度的磨料气射流加工PDMS,发现常温下磨料气射流无法加工PDMS,而低温下可以进行加工。低温下加工PDMS可以提高孔的横截面质量,材料去除机理为塑性去除和脆性去除的结合。