碳纤维增强复合材料铣削和钻孔技术研究进展

碳纤维增强复合材料(特别是碳纤维增强树脂基复合材料和碳/碳复合材料)具有比强度和比模量高、耐高温、抗腐蚀等特点,被广泛应用于航空航天等领域.由于碳纤维增强复合材料硬度高、脆性大、层间剪切强度低等特点,使其在加工中容易出现毛刺、分层、撕裂等加工缺陷,并且刀具磨损快、耐用度低.针对碳纤维增强树脂基复合材料和碳/碳复合材料的加工问题,从铣削和钻削两个方面讨论了加工参数、加工刀具、切削力预测以及超声振动钻孔和螺旋铣孔等方面的技术,总结了目前提高碳纤维增强复合材料加工质量的工艺方法.     

碳纤维椅盆钻削技术研究

碳纤维(CFRP)作为一种先进的增强复合材料在机械工程中应用广泛,但成型构件的制孔技术却始终制约着其应用和发展。通过对乘员座椅中的碳纤维复合材料椅盆钻孔时的技术问题、加工工艺等进行归纳和总结,摸索出适合碳纤维复合材料椅盆钻孔的工艺方法,并在相关刀具材料、几何形状及角度、工艺参数等方面提出了建议。     

超声振动钻削装置设计与研究

为解决碳纤维复合材料和钛合金钻孔加工过程中钻头磨损严重、加工孔质量差等问题,研制了一款超声振动钻削装置.超声振动钻削装置的性能取决于声振系统设计的好坏.本文首先对声振系统的结构设计进行了理论探讨,然后采用ANSYS软件对其进行了模态分析和谐响应分析.在碳纤维复合材料和钛合金的初步钻削试验中,超声振动钻孔和普通钻孔相比轴向钻削力分别减少了48％和31％,结果表明所研制的超声振动钻削装置具有良好的钻削性能.     

CFRP/TC4叠层板的钻削实验

采用硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料-钛合金叠层板进行钻削试验,分析了钛合金层加工参数对刀具磨损的影响和刀具磨损机制。刀具磨损对孔入口处最大撕裂长度的影响。结果表明:磨损的主要区域是横刃和后刀面,前刀面磨损不明显。钛合金层的低转速和低进给量可以降低刀具磨损;此外随着钻孔数的增加,钛合金层转速越低、进给量越大碳纤维复合材料孔入口处孔质量更好。     

飞机装配自动制孔刀具技术研究

碳纤维复合材料与金属材料构成的性能差异的叠层构件在飞机机翼和尾舵中应用广泛,叠层构件装配过程中需要大量的铆接或螺接孔。在这些航空产品装配制孔中,最佳的工艺是在碳纤维复合材料和金属材料叠层构件上同时加工出所需要的铆接或螺接孔,这是确保叠层材料构件产品连接强度、刚度和安全性的主要手段。然而由于碳纤维复合材料层间结构特点和2种材料性能的巨大差异,制孔质量难以保证并且刀具磨损剧烈。特别是随着飞机自动制孔技术的发展,其关键技术之一就是要求在装配过程中采用一道工序同时高效加工碳纤维复合材料和钛合金以及铝合金等完全不同性质的材料。     

复合材料湿法加工工艺

针对碳纤维增强复合材料干法加工的固有缺点,提出了一种采用水溶性冷却液加工碳纤维增强复合材料的加工工艺,并对干法和湿法加工进行了对比分析。结果表明:湿法加工不影响碳纤维增强复合材料的力学性能,且能够提高加工表面质量及效率,减少刀具磨损,是碳纤维复合材料加工较好的工艺。     

CFRP/Ti叠层钻削力热行为与切屑成形分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种以环氧树脂作为基体材料、碳纤维作为增强材料的复合材料,具有高强度、高比强度以及耐腐蚀性的特点。CFRP与钛合金是航空航天领域广泛使用的两种轻质的材料,经常作为叠层结构出现在大型客机的关键部位,使大型客机制造装配过程中需要对CFRP/Ti叠层进行大量的制孔。而CFRP/Ti叠层钻削过程中的力热变化与切屑形态会直接影响刀具的切削状态。在此基础之上,对CFRP/Ti叠层钻削过程中的力热行为与切屑成形进行研究,这对于CFRP-Ti叠层实际钻削过程具有重要的指导意义。     

碳纤维复合材料制件手工钻孔加工技术

由于手工钻孔在刀具稳定性、进给速度稳定性等方面控制性较差,因此手工在碳纤维复合材料上制孔时更容易产生各种孔加工缺陷。这已成为使用复合材料制件按传统工艺方法进行装配的难点和关键点。     

碳纤维复合材料与金属的钎焊试验研究

重点针对碳纤维复合材料与2种金属(钛合金、铌合金)采用含Ti钎料进行了真空钎焊试验,分析了钛合金、铌合金对含Ti钎料真空钎焊碳纤维复合材料与金属接头性能和质量的影响,并观察了碳纤维复合材料和钛合金、铌合金的连接界面的微观组织.研究结果对于碳纤维复合材料与金属的连接、结构优化设计及在重要航天器中的应用具有重要的参考价值.     

碳纤维复合材料孔加工质量试验研究

碳纤维复合材料零件上存在大量的装配工艺孔,采用传统孔加工方式过程中容易导致分层、纤维
撕裂等缺陷. 本文通过钻削和螺旋铣削方式加工碳纤维复合材料(CFRP),对比两种孔加工方法的加工质量,
分析了缺陷存在的原因,发现在碳纤维复合材料上采用螺旋铣削制孔方式是可行的,对碳纤维复合材料孔加工
工艺具有一定的参考价值。     

树脂基纤维复合材料钻削研究进展

主要介绍了树脂基纤维复合材料钻削过程中的钻削力、钻削温度、加工表面质量等钻削性能及材料去除机理、缺陷形成机理、刀具磨损机理等钻削机理方面的研究现状;阐述了树脂基纤维复合材料钻削工艺及钻头改进方面的最新研究进展,并对树脂基纤维复合材料钻削加工技术的下一步研究重点进行了展望。     

CFRP-TC4叠层板的钻削实验

采用硬质合金麻花钻对CFRP-TC4叠层板进行钻削试验,分析了钛合金层加工参数对钻削力、钻削温度和加工孔质量的影响。结果表明:随着转速的增加,钛合金层的轴向力逐渐减小;随着钛合金层进给量的增加,钛合金层与CFRP层的轴向力之比逐渐增加。运用指数公式模型对钛合金层轴向力实验结果进行回归分析,得到轴向力与转速以及进给量之间的关系式:F_z=2 088n~(-0.1222)·f_r~(0.2016),并对该方程进行了检验验证,误差均小于10%;在钛合金层进给量不变时,随着钛合金层转速的增加,CFRP的最大烧伤环直径和层间最高温度逐渐增加。     

PTFE/CFRP/铝合金叠层材料钻削试验研究

对PTFE/CFRP/铝合金叠层材料进行了钻削试验研究。结果表明:最高钻削温度随主轴转速的增大而增大,但随进给量的增大反而下降;相同钻削参数下,从铝合金侧钻入能获得更低的钻削温度;采用较大的进给量有利于铝合金形成碎屑状切屑,避免带状切屑排出时划伤已加工CFRP表面;采用较低主轴转速和较大的进给量可获得更好的铝合金孔出口质量。     

CFRP在钻削加工中的声发射特性

文摘根据CFRP钻削过程中缺陷的产生机理,用声发射传感器采集钻削过程中的声发射信号有效值电压(RMS)。分析了在不同钻削参数下的RMS,对孔的入口处撕裂与出口处撕裂对应的RMS进行识别。结果表明:在钻削过程中,入口处和出口处撕裂会引起RMS的突变,能够有效的进行识别;主轴转速一定时,RMS随着进给量的增大而增大;进给量一定时,RMS随着主轴转速的增大而增大。     

复合涂层刀具钻削高温合金Inconel 718钻削性能研究

高温合金Inconel 718是一种典型的难加工材料,本文利用DEFORM-3D软件对无涂层、TiC单涂层和TiC/Al₂O₃复合涂层硬质合金刀具进行钻削高温合金Inconel 718的仿真分析,研究在不同钻削条件下复合涂层刀具的切削性能,并进行钻削实验进行验证。结果表明：TiC/Al₂O₃复合涂层刀具能有效降低钻削轴向力和钻削温度,其轴向力降低幅度最高为20%,钻削温度最高降低了35%。通过钻削实验验证了仿真模型的准确性,可为实际钻削加工高温镍基合金Inconel 718中选择涂层种类及钻削参数提供参考。     

球形定位技术在涡轮叶片生产中的应用研究

为解决涡轮叶片研制生产中定位转化繁复、误差累积明显、制孔效率低等问题,提出了球形定位技术方案.球形定位解决了工装与气膜孔相互干涉、叶片制孔效率低的问题,通过叶片试制加工和生产验证,球形定位技术减少了基准转换,利于工装设计,制孔效率提升,可以应用于叶片工程化生产.     

碳纤维复合材料与钛合金结构制孔工艺研究

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金夹层结构钻削中存在的问题,进行了系统的工艺研究.主要从钻入侧的选取、钻削参数、制孔中存在的问题以及大直径孔加工工艺等几个方面进行试验研究,结果表明目前的钻削工艺需要改进.提出了适合实际操作的工艺方法,解决了夹层结构制孔中出现的问题,并对钻削刀具进行分析.     

纤维增强复合材料钻削分层的研磨检测

复合材料钻削分层缺陷是影响复合材料构件后续加工质量和效率的关键因素之一,针对该问题,设计不同钻深孔的分层缺陷产生与检测实验,揭示分层产生及演变历程。获得了孔出口三维分层形貌,分析了分层缺陷动态变化及影响。