碳纤维增强复合材料与钛合金钻孔技术研究进展

随着中国提出“中国制造2025”发展战略,以及数字化自动装配技术的广泛应用,对于钛合金、碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)的钻孔加工提出更高的要求.从钛合金、碳纤维增强复合材料的钻孔切削加工特性出发,对传统钻孔加工中,在孔加工质量、钻孔刀具两方面近些年来一些研究成果进行总结,简述了碳纤维增强复合材料、钛合金的钻孔技术研究状况,并指出未来研究的重点与关注点,将对这两种材料实际钻孔加工具有指导借鉴意义,提高航空产品制造及装配效率.     

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。     

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.     

碳纤维复合材料钻孔分层的渗透检测

用氯化金渗透液检测了多向碳纤维复合材料钻孔后的分层缺陷,成功地检测到了不同铺层层间的分层缺陷。根据检测结果的分析,总结出了钻孔立体分层模型。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层钻孔工艺优化

在不同的工艺参数下用硬质合金麻花钻分别对碳纤维复合材料板和碳纤维复合材料板/钛合金叠层板进行钻孔,对钻孔过程用Abaqus有限元软件进行三维仿真,对比仿真和试验结果的轴向力和制孔效果。结果表明,在保证制孔的质量的前提下,选取合理的工艺参数,得到叠层材料制孔的工艺参数的优化结论。     

碳纤维与芳纶纤维复合材料机械加工刀具选用

通过对复合材料特性和加工机理的分析,论述了复合材料机械加工对刀具材质、结构和几何参数的要求,介绍了几种适合于碳纤维和芳纶纤维复合材料机械加工的钻削和铣削刀具.     

高速钻削碳纤维复合材料钻削力的研究

对能有效提高碳纤维复合材料钻孔质量的高速钻削的钻削力进行了试验研究,发现钻头转速、进给速度、进给量和钻头直径的变化对钻削力(轴向力和扭矩)有明显的影响.切削速度、进给速度之比v/vf=3 000～4 000是其对钻削力产生影响的门槛值,这一门槛值对生产中选定钻削切削速度和进给速度具有实际参考价值.     

碳纤维复合材料的后加工工艺

碳纤维复合材料后加工时，易产生各种加工缺陷，刀具磨损快，尺寸控制困难，本文通过对碳纤维复合材料的切削，制孔，切割等后加工工艺的研究，对各种后加工工艺用的刀具材料，几何角度提出了建议，并推荐了相应的工艺参数。     

碳纤维复合材料锥形壳体成型技术初探

通过浇注体、复丝和容器性能测试,较系统地研究了高性能低粘度的树脂基体配方,探讨了锥形壳体的成型工艺条件,初步研究了容器纤维含量的精确控制方法,摸索了湿法成型壳体表面的处理技术。用国产碳纤维缠绕的锥形容器ＰＶ／Ｗ值达３０．６ｋｍ,环向纤维强度转化率达７８．２％,实验结果表明,该工艺路线是可行的。     

碳纤维复合材料构件少无缺陷制孔技术

碳纤维复合材料在航空航天领域有广泛的应用,其制孔技术是制约碳纤维复合材料应用的主要因素之一.本文列举了碳纤维复合材料制孔时常见的缺陷类型,以及国内外在制孔方面的研究现状,并总结了提高制孔质量的方法.     

碳纤维增强复合材料结构钻削工艺

钻削轴向力是碳纤维增强复合材料钻孔产生缺陷的主要原因。本文介绍了国内外钻削碳纤维增强复合材料的刀具,并以轴向力大小和制孔质量为标准,对钻削刀具及钻削参数进行了试验研究,得出了适合钻削碳纤维增强复合材料的刀具及钻削参数。     

碳纤维增强复合材料加工技术研究进展

通过4部分综合阐述CFRP的加工技术:(1)CFRP切削理论,强调对CFRP加工要从机械性能结构角度深入理解;(2)CFRP传统加工方法;(3)超声振动加工CFRP的应用;(4)有关CFRP加工的数值模拟仿真研究,旨在用更加有效的方法理解和预测加工过程。     

碳纤维复合材料方孔加工工艺

针对碳纤维复合材料大深度不贯通方孔提出了一种专用的加工工艺.通过试验对比,分析了磨削力、加工质量、刀具磨损、加工效率等因素.结果表明,先钻中心孔后磨削的方式适合于该方孔的加工.并对试验中出现的问题进行了工艺优化,初步解决了碳纤维复合材料大深度不贯通方孔的加工问题.     

碳纤维复合材料钻削加工对比试验

本文以CFRP材料为研究对象,使用钎焊金刚石套料钻和硬质合金麻花钻进行钻削加工试验,并对比2种钻头加工孔的质量和钻头磨损形貌,目的在于探讨钎焊金刚石套料钻加工CFRP材料的适用性。     

碳纤维复合材料钻削温度测试与分析

利用热像仪对碳／环氧复合材料高速钻孔时的钻削温度及温度场分布进行了系统的试验研究。实验结果显示,钻削热主要是由刀具后刀面与已加工表面之间的摩擦产生的。转速越高,钻削温度赵高;进给量越大,钻削温度越低,但钻削温度一般不超过环氧树脂的玻璃化转变温度。     

双锋角钻头钻削碳纤维增强树脂基复合材料研究

采用双锋角钻头和普通麻花钻对T700碳纤维复合材料(CFRP)进行钻削试验,从钻削轴向力、制孔出口质量和表面粗糙度等方面分析双锋角钻头在不同加工参数下制孔特点,并与普通麻花钻进行对比。试验结果表明:与普通麻花钻对比,双锋角钻头钻削CFRP时钻削轴向力减小约20%,制孔出口质量更好,孔壁的表面粗糙度值减小,体现优异的切削性能更适合CFRP的制孔加工。     

不同纤维方向角时碳纤维增强树脂基复合材料切削力建模

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）切削中,存在纤维断裂、基体失效和界面相失效等多个过程,且不同纤维切削角时切屑形成机理不同,因而CFRP切削力的有效预测非常困难。对此本文结合最小势能原理和Winkler弹性地基梁理论,基于CFRP代表性单元（RVE）,利用其微元求解纤维挠曲变形方程,分别分析了不同纤维方向角时三个切削变形区的力学行为,并完成纤维临界损伤长度的预测,最终形成不同纤维方向角时的CFRP切削力解析模型。通过CFRP直刃铣刀铣削实验,进行了切削力模型的验证,当纤维方向角在0°~180°时,切削力计算值和实验值随纤维方向角的变化趋势相吻合,切削力大小误差在15%以内。切削力随纤维方向角的增大先增后减,分别在90°和45°附近转变变化趋势。切削形貌表明,纤维方向角为135°时,CFRP铣边加工质量较差,临界损伤长度也较大。建立的切削力解析模型可以较为准确地预测CFRP正交切削力,可为CFRP切屑形成中的力学行为分析提供理论指导。