TC4钛合金深孔钻削试验研究与机理分析

TC4钛合金深孔钻削过程中钻削温度高、排屑路径长,加剧刀具磨损,影响深孔加工质量和精度。为制定可用于实际生产的钛合金深孔钻削加工参数,开展TC4钛合金深孔枪钻加工试验。试验结果表明,钻削温度受钻削速度影响较大,进给量的影响不显著;孔径和圆度随着钻削速度的增加而增大,同轴度随着切削速度增加而先增大后减小;孔的表面粗糙度随着钻削参数的增加而增大,且大参数下深孔表面质量进一步恶化;各组试验加工硬化层在30μm左右,且随着钻削速度增加,切屑挤压变形严重。综合分析后制定的干切削条件下TC4钛合金深孔枪钻的钻削速度为20m/min,进给量为0.08mm/r。     

高低频复合振动钻削CFRP/钛合金叠层结构试验

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）和钛合金叠层结构在传统钻削过程中切削温度高、加工质量差等问题,基于低频振动钻削和高频（超声）振动钻削的优势,提出了高低频复合振动钻削的加工方法。采用自主研制的高低频复合振动钻削装置,对CFRP/钛合金叠层结构进行了制孔试验,对比研究了普通钻削、超声钻削、低频振动钻削和高低频复合振动钻削4种方式下的切削力、钛合金切屑形貌、切削温度和CFRP孔加工质量。结果表明：4种加工方式中,高低频复合振动钻削的轴向力波动相对较大,切削温度显著降低,产生的钛合金切屑呈不连续扇形且整体尺寸最小,CFRP孔出入口及孔壁的损伤程度最低,显著提高了加工质量,为复合材料叠层结构一体化制孔加工提供了指导意义。     

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.     

八面钻超声振动钻削钛合金出口毛刺形成机理

钛合金在传统麻花钻常规钻孔后,会产生较大的孔出口毛刺,这将导致孔出口去毛刺困难且影响紧固件装配质量。本文引入一种八面钻新刃型刀具,并利用超声振动钻削技术,进行了八面钻超声振动钻削钛合金出口毛刺形成的基础理论和试验研究。理论分析了普通钻削和超声振动钻削的出口毛刺形成过程以及超声振动钻削的出口毛刺降低机理,同时试验验证了超声振动钻削的出口毛刺降低效果。结果表明:相比于钛合金普通钻削,超声振动钻削极大地提高了钻头刀具的切削能力,分别降低了钻削力16%~20%、切削温度18%~21%和出口毛刺高度82%~89%,有效降低了装配过程的去毛刺困难和生产成本。     

钛合金TC11深孔钻削刀片材料的选择

在研究了钛舍金材料切削性能的基础上，针对钛合金的特点，选用了五种国内常用的硬质舍金刀片材料，对钛合金进行深孔钻削刀具磨损试验。结果表明，确定了适合钻削钛合金TC11的硬质合金刀片材料。     

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.     

钛合金零件钻削过程仿真与试验研究

钛合金被广泛用于航空工业中,譬如民用飞机吊挂滑轨等典型结构的制造。钛合金作为难加工材料,通常使用钻削的方法进行加工,不同的钻削参数对应不同的钻削温度和钻削力,而钻削温度和钻削力对加工精度影响较大。为使加工参数和加工精度得到很好地匹配,借助Deform 3D有限元仿真软件建立了钛合金热应力耦合有限元模型,通过软件仿真研究钛合金滑轨在加工过程中的钻削力以及钻削温度。首先,对钻头和钛合金试件进行网格划分。其次,建立材料本构模型和切屑分离标准,使用仿真软件得到加工过程的钻削力和钻削温度。最后,采用试验方法获取钻削温度和钻削力,与仿真结果进行对比。结果表明:仿真结果与试验较为吻合,仿真能输出有效的钻削力和钻削温度。     

CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的现状与展望

综述了近年来国内外对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的研究进展,重点介绍了传统方法钻削CFRP/钛合金叠层材料过程中轴向力和扭矩、钻削温度的测量方法,轴向力和扭矩的变化规律,以及刀具磨损、加工损伤与钻削工艺的关系;对螺旋铣孔、低频振动钻孔和超声辅助振动钻孔的实现方法、运动特点和加工质量进行了分析总结,并对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的应用和研究动向进行了探讨。     

钛合金超声振动钻削特性研究

为研究钛合金超声振动钻削的特性,分析工艺参数对切削力的影响,指导工艺参数的选择,进行了钛合金超声振动钻削的正交对比试验。试验表明:超声振动钻削的切削力随振幅增大而减小,随切削速度、钻头顶角和进给速度变化的规律与普通钻削相似,但是相应的变化幅度更大,而且切削力波动更大;一定切削速度范围内,采用较大振幅、较小钻头顶角及较大进给速度,能保证钻削钛合金的加工质量和钻头使用寿命,并提高加工效率,降低加工成本。     

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。     

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。     

铣削过程多参数监测策略研究

 通过在时域和频域对端铣过程铣削力和铣削振动信号特征的分析,提取出对铣刀磨损和破损状态变化十分敏感的特征参量,在此基础上提出了由基于铣削力的“时段比值”监测策略和基于铣削振动的“硬件比较”监测策略组成的多参数监测策略。     

金属切削加工状态的模糊（Fuzzy）模式识别（一）——模糊等价矩阵聚类分析法

 由于金属切削加工过程中的各种现象都是一些不分明的模糊现象,本文把模糊等价矩阵的聚类分析方法成功地用于金属切削加工状态的模式识别。文中对模式识别的特征选择,即无关特征和派生特征的筛选问题进行了探讨;还定义了特征均匀度函数来确定模式识别中的特征的权重。从而为特征的选择与特征权重的确定提供了较为简单的计算方法。通过试算,证明这种方法的运用是可行的。     

钛合金振动攻丝的工艺参数优化

在以步进电机为振源的振动攻丝机上,对基本工艺参数优化结果,较低切削速度,分离量越大,切削量越小,攻丝扭矩就越小。步进电机反转前制动脉冲数的计算结果,随切削速度和主轴转动惯量的降低,反转前的最少制动脉冲数减小。     

难加工材料切削状态的识别——模式识别技术的应用

本文介绍模式识别技术在难加工材料切削状态识别中的应用,这是实现适应性控制的第一步。根据切削试验中切削力随机信号处理的结果,可以看出在自相关图和自功率谱图与切削现象之间存在着内在联系。在此基础上分别建立了有无积屑瘤以及将切屑分成三类的判别函数。利用这些判别函数来识别切削状态的结果表明,模式识别技术在切削加工中的应用是成功的。     

金属切削加工状态的模糊（Fuzzy）模式识别（二）——模糊ISODATA聚类分析法

 本文利用模糊ISODATA聚类分析的方法对切削加工状态进行了模糊模式识别,并就此方法中的初始矩阵U_fo的选择原则做了进一步地探讨,最后把这种方法与模糊等价矩阵聚类分析法进行了比较分析。结果表明,把模糊模式识别应用于金属切削加工状态的识别是切实可行的,且识别精度高、识别运算简单、具有实时性,从而为切削加工过程的实时识别与控制提供了基础。     

An improved analytical model of cutting temperature in orthogonal cutting of Ti6Al4V

Cutting heat has significant effects on the machined surface integrity of titanium alloys in the aerospace field. Many unwanted problems such as surface burning, work hardening, and tool wear can be induced by high cutting temperatures. Therefore, it is necessary to accurately predict the cutting temperature of titanium alloys. In this paper, an improved analytical model of the cutting temperature in orthogonal cutting of titanium alloys is proposed based on the Komanduri-Hou model and the Huang-Liang model. The temperatures at points in a cutting tool, chip, and workpiece are calculated by using the moving heat source method. The tool relief angle is introduced into the proposed model, and imaginary mirrored heat sources of the shear plane heat source and the frictional heat source are applied to calculate the temperature rise in a semi-infinite medium. The heat partition ratio along the tool-chip interface is determined by the discretization method. For validation purpose, orthogonal cutting of titanium alloy Ti6Al4V is performed on a lathe by using a sharp tool. Experimental results show to be consistent well with those of the proposed model,yielding a relative difference of predicted temperature from 0.49% to 9.00%. The model demonstrates its ability of predicting cutting temperature in orthogonal cutting of Ti6Al4V.