CFRP曲面铣削力及加工缺陷研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)曲面结构不断变化的工件倾角使得在加工过程中易产生分层、毛刺等缺陷。为研究工件倾角对CFRP曲面结构可加工性的影响规律,采用金刚石涂层铣刀对不同倾角下CFRP叠层平板结构进行顺铣加工试验,对不同坐标系下的铣削力和加工侧面、表面缺陷进行了研究。研究结果表明,随工件倾角的增大,水平方向上每齿所切材料平均厚度与截面积均减小,等效轴向切深逐渐增大,但是每齿去除材料体积保持不变。机床坐标系下的铣削力几乎不随工件倾角的变化而变化。而在工件坐标系下,铣削力沿工件厚度方向逐渐增大,沿工件长度方向逐渐减小。同时随着工件倾角的增大,侧面表层分层缺陷不断加重,纤维束发生弯曲,裂纹沿纤维方向逐渐扩展至表层内部,加工表面遭受破坏铺层数量也同样增加。     

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。     

基于铣削力仿真的离线进给速度优化技术

为提高数控加工效率和改善加工质量,针对数控铣削加工参数优化同题,以球头刀具为研究对象,提出基 于铣削力仿真的离线进给速度优化方法.提出的方法通过建立各个加工工序相应的铣削力优化目标模型,采用 铣削力仿真的手段,预测数控铣削加工中产生的瞬时铣削力,根据各个加工工序建立的铣削力优化目标控制加 工过程中瞬时铣削力的变化,以提出的给定最大铣削力、给定参考铣削力和给定铣削力范围方法对各个工序进 给速度进行优化.给出了各进给速度优化方法的具体实现步骤,进给速度优化后自动修改NC(Numerical Con-tr01)程序反映优化结果.应用实例证明了提出的基于铣削力仿真的进给速度离线优化算法的有效性.     

CFRP层压板缺陷同侧空气耦合超声兰姆波特征成像检测研究

为了实现飞机碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)层压板在役检测,采用同侧空气耦合超声兰姆波特征成像检测的方法对其缺陷进行检测。通过0.4 MHz空气耦合超声换能器在CFRP层压板同侧激励和接收A0模态兰姆波,以2个相互垂直的方向对缺陷部位进行D扫描。基于时域、频域、时频域的方法构建损伤指数,以此作为兰姆波特征成像的特征参量,通过对损伤指数进行全乘数据融合。研究结果证实该方法可以得到CFRP层压板缺陷的特征图像,实现缺陷的定位和定量。     

PCD刀具高速铣削TA15钛合金切削力的研究

通过利用回归正交设计和单因素试验设计方案,进行了PCD刀具高速铣削钛合金TA15的切削力试验.对高速加工过程中的动态铣削力进行了频谱分析,分析了高频振动对切刺力波形的影响.然后利用单因素试验分析了工件坐标系中三向分力以及刀具坐标系中切向分力随切削用量的变化规律.通过回归正交设计,建立了PCD刀具高速铣削钦合金时切削用量与动态切削力之间的数学模型,并进行了方差分析,验证了模型的可靠度.分析结果为PCD刀具高速铣削钛合全的工艺参数优化及建立高速铣削数据库奠定了基础.     

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。     

C/SiC复合材料铣削表面完整性研究

采用PCD刀具进行了C/SiC复合材料的铣削加工实验,通过观察加工表面/亚表面损伤,分析了C/SiC复合材料铣削加工表面形成机制,并结合切削力讨论了铣削参数对加工表面形貌和粗糙度的影响。研究结果表明,C/SiC材料以脆性断裂方式实现去除;加工表面存在纤维的层状脆断、拔出和纤维束断裂等现象;碳纤维区域粗糙度随铣削参数的变化规律与表面微观形貌基本一致;提高切削速度能改善表面质量,增大切深会使表面质量严重恶化,每齿进给量对表面质量影响较小。     

正交芳纶纤维增强复合材料层合板铣削过程中表面脱层缺陷的分析与控制（英文）

芳纶纤维增强复合材料(AFRC)由于比强度高、比刚度高、耐疲劳性好、耐高温防热防腐蚀且可设计性好等特点,被广泛用于航空航天、汽车等大型结构件。由于纤维具有方向性,常常表现为一维织构化,在特定方向上性能较差,材料层间剪切强度小,成为材料在使役过中的重要隐患。为了提高芳纶纤维复合材料结构件的装配精度,通常采取制备材料后通过进行二次加工即切削加工的方法得到规定的形状,满足尺寸精度、表面粗糙度和装配工艺的要求。作者研究了铣削过程中铣削参数对层合板分层缺陷的影响规律,并进行了一系列的铣削试验。针对加工过程中存在的两种不同分层缺陷,撕裂和未切断分层缺陷进行了研究。论文建立了基于脆性断裂的两种不同分层型式的计算方法和模型并阐述了分层缺陷形成机理和规律。并进一步讨论了分层缺陷控制策略和已加工表面完整性的评价方法。论文的研究结果对于优化铣削参数以及表面缺陷的控制具有重要的指导意义。     

高强度碳纤维增强复合材料层合板的钻削制孔过程及其缺陷形成分析

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。针对T800级高强度CFRP单向层合材料开展直角自由切削试验,研究其在切削过程中的切削力和切削热随纤维方向角的变化产生的各向异性行为。针对制孔刀具三尖钻和八面钻开展CFRP层合板的钻削制孔试验,研究了三尖钻和八面钻的具体钻削过程中切削力、扭矩和切削温度的变化规律及其对钻削缺陷形成的影响。此外,对钻削制孔形成的孔壁加工表面进行分析,得到了典型孔壁缺陷的形貌照片并分析其形成原因。     

高温合金螺纹铣削力优化研究

针对高温合金材料的螺纹铣削加工,分析了切削厚度的表达方法,建立了相邻两次走刀形成的截面积的表达方法。在此基础上,研究了高温合金螺纹铣削过程中的铣削力和扭矩,结果表明:螺纹铣削时,铣削力及扭矩与截面积呈正相关。提出了通过使螺纹粗精加工过程中每次走刀的截面积相等,进而优化高温合金螺纹铣削径向切深的加工策略。该策略可有效控制切削力值和扭矩值,这不仅有利于提高刀具寿命和加工精度,亦为制定难加工材料螺纹铣削工艺提供了依据。     

碳敷层光纤在碳纤维复合材料智能结构中的应用

在碳纤维复合材料结构的固化过程中,埋入其中的光纤将承受恶劣的环境,这将使光纤的光学性能发生变化,从而影响碳纤维智能复合材料结构中光纤传感系统的性能。文中对多种光纤进行了试验研究,在碳纤维复合材料固化过程中,发现普通敷层光纤的性能发生变化,而央敷层光纤的性能不会发生变化,并对这些现象的原因进行了初步讨论,从而为在碳纤维复合材料智能结构中光纤的选择提供了一定的依据。     

碳纤维复合材料湿热老化加速关系

受环境因素作用,碳纤维增强聚合物基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer composities,CFRP)湿热环境下发生性能退化是一个重要的工程问题,而如何通过实验室加速试验再现自然环境对复合材料的老化作用成为解决此问题的关键。基于时间-温度-湿度等效原理,将湿热环境下CFRP粘弹性能的改变作为材料的老化损伤度量,建立不同湿热环境之间当量折算关系,提出加速老化当量折算系数的确定方法。以典型军机结构用CFRP为例,实例计算了材料不同温度、湿度环境下的当量折算系数,根据地面停放环境谱当量折算得到加速试验谱,加速效果令人满意。最后,对比分析了温度与湿度对当量折算系数的影响,结果表明,温度变化对当量折算系数的影响要比湿度变化的影响显著。     

反复荷载作用下预应力CFRP筋HPC梁的力学响应

对于预应力碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced composite,CFRP)筋高性能混凝土(High per-formance concrete,HPC)梁,建立了预应力CFRP筋的组合壳单元模型和GFRP筋的分层壳单元模型,结合相关准则研究了预应力CFRP筋HPC梁的几何非线性和材料非线性,分析了反复荷载作用下HPC梁的非线性力学响应。结果表明,单调荷载作用下预应力CFRP筋HPC梁的跨中挠度和CFRP筋应变的计算结果与试验数据均吻合良好,证明了所提出单元的有效性和研制程序的正确性;反复荷载作用下预应力CFRP筋HPC梁的受拉区配筋种类对HPC梁的力学响应具有显著影响,且梁体破坏时CFRP筋和GFRP筋均未达到相应的极限强度,所得结论供HPC梁设计参考。     

CFRP二面角电磁散射特性分析

用时域有限差分(Finite difference-time domain,FD-TD)法分析计算了由碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)单向板组成的二面角的电磁反射特性.计算结果表明,碳纤维二面角的雷达散射截面(Radar cross section,RCS)对纤维方向和极化方向敏感.当两块板的纤维方向垂直时,对极化方向敏感度降低.     

复合材料结构机械连接设计分析与试验研究

以某型机复合材料机身与主减后接头局部连接结构为研究对象,针对结构承面外载荷较大的特殊受载形式进行复合材料-金属接头机械连接技术研究。通过有限元仿真分析,确定了复合材料-金属接头的连接形式,并对复合材料机身结构连接区的局部铺层进行了优化,随后开展复合材料-金属接头连接结构的力学试验。结果表明,在给定载荷下,复合材料-金属接头机械连接结构具有足够的强度和刚度,满足设计要求。     

Critical Thrust Force Forecasting for Drilling Exit Delamination of Carbon Fibre Reinforced Plastics

Exit delamination is excessive drilling thrust force.Therefore,it is necessary to investigate the critical thrust force which cause exit delamination when carbon fibre reinforced plastics(CRFP)is drilled.According to the linear elastic fracture mechanics,the mechanics of composite material and the classical thin plate bending theory,a common theoretical model of the critical drilling thrust force for CFRP plates is established.Compared with the experimental data of previous studies,the results show that the theoretical values agree well with the experimental values.This model can be used to forecast the critical thrust force for the drilling-induced delamination of CFRP.     

薄壁零件高速铣削动态切削力

通过微元铣削力与瞬时未变形切屑厚度之间的线性关系,提出了螺旋圆柱铣刀的瞬时切削力模型.在此基础上,采用两自由度弹性-阻尼系统,建立了适合薄壁零件的综合考虑刀具子系统和工件子系统动态特性的动态铣削力模型.最后通过实际测量数据与模型计算数据的对比,验证了提出的动态铣削力模型的有效性.     

薄壁零件的高速铣削振动研究

为研究薄壁零件加工的振动机理,本文在考虑动态切削厚度的变化以及顺铣和逆铣之间差别的基础上,建立了一个薄壁零件立铣的力学模型,并用两个铣削实例加以验证.结果表明,该模型可以预测动态铣削过程中的切削力和振动位移.     

不锈钢纤维棉,毡吸声性能探讨

本文首次对国内纺织行业近的来防静电等服装用不锈钢纤维体制棉，毡的吸声性能进行了不同厚度和容重时的温度探索及分析研究，并与常用吸声材料超细玻璃纤维棉进行对比分析，结果表明，该不锈钢纤维棉，毡吸声性能优良，是一种国内尚未开发声学功能的新型吸声材料，可作为高温和腐蚀介质等特殊工况下的声学材料使用。     

拉紧条件下铝合金铣削残余应力的试验研究

以铝合金为研究对象,提出将拉紧装夹应用到铣削加工中,以便对加工后工件表层的应力状态进行控制,改善零件的疲劳性能。本文设计了机械式单向拉紧夹具用于铣削试验。通过试验,得出了预应力、工件厚度以及加工参数等对表面残余应力的影响趋势。研究表明,拉紧条件下铣削可以实现对工件表面残余应力的控制,从而获得理想的残余压应力,对改善零件的疲劳性能极其有益。在本试验条件下,获得的工件表面残余应力均为压应力,最大可达-250 M Pa。