大厚度碳纖維復(fù)合材料（CFRP）在大型飛機(jī)構(gòu)件上應(yīng)用廣泛,經(jīng)常需要對其進(jìn)行大量的深孔加工.采用固定鉆削參數(shù)加工工藝會(huì)導(dǎo)致鉆削過程中熱量嚴(yán)重累積,樹脂高溫軟化,進(jìn)而引起材料性能下降,嚴(yán)重影響制孔質(zhì)量.因此為確定合適的加工工藝參數(shù),研究深孔鉆削過程中不同區(qū)段工藝對質(zhì)量的影響,先對大厚度復(fù)合材料板鉆削加工區(qū)段進(jìn)行了劃分,通過實(shí)驗(yàn)分析研究鉆削過程中不同鉆削階段的熱力學(xué)特性,得出了不同鉆削階段合適的鉆削參數(shù).在此基礎(chǔ)上,以加工質(zhì)量和效率為目標(biāo),提出一種分階段變參數(shù)鉆削大厚度復(fù)合材料板工藝方法,發(fā)現(xiàn)采用此種方法可以降低鉆削過程產(chǎn)熱以及出口位置軸向力,同時(shí)保證出口質(zhì)量和孔壁質(zhì)量,提高加工效率,是一種有效的新型加工工藝方案. 

【文章來源】：大連理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,60(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

鉆削過程中3個(gè)鉆削階段的劃分

為了得到深孔鉆削過程中不同加工參數(shù)下的力熱影響規(guī)律,本實(shí)驗(yàn)使用光洋GONA五軸加工中心進(jìn)行鉆削制孔實(shí)驗(yàn),如圖2所示,鉆削過程中溫度采用螺旋測溫儀測量,其通過BT40刀柄安裝在機(jī)床主軸上,鉆頭上的熱電偶絲通過內(nèi)冷孔連接到螺旋測溫儀中,采樣頻率為1 Hz.鉆削過程中力的測量使用Kistler 9257B型測力儀,其水平安裝在機(jī)床卡盤上,在其上方使用專用夾具水平裝夾復(fù)合材料板,鉆頭進(jìn)給方向豎直向下,采樣頻率為3 kHz.共進(jìn)行21組全因素實(shí)驗(yàn),每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,如表2所示,所有實(shí)驗(yàn)均在干式切削的情況下進(jìn)行,為減少刀具磨損的影響,每3次實(shí)驗(yàn)更換一次刀具.表2 鉆削實(shí)驗(yàn)參數(shù)Tab.2 Drilling experiment parameters 水平 每齒進(jìn)給量/(mm·r-1) 轉(zhuǎn)速/(r·min-1) 1 0.01 1 000 2 0.03 3 000 3 0.05 5 000 4 0.10 - 5 0.15 - 6 0.20 - 7 0.25 -

單個(gè)孔制孔過程中,由于在穩(wěn)定鉆削階段鉆尖全部沒入板材中,切削過程中力的變化較小,變化的狀態(tài)量是溫度,通過比較不同溫度位置的孔壁質(zhì)量差異便可以得出溫度對孔壁質(zhì)量的影響.如圖3所示為轉(zhuǎn)速為5 000 r/min,每齒進(jìn)給量為0.05 mm/r的加工參數(shù)下,入口和出口的溫度與孔壁顯微形貌對比.在穩(wěn)定鉆削過程中,入口和出口溫度差異明顯,刀具剛剛鉆入時(shí),入口的溫度上升很少,幾乎接近室溫,由于此時(shí)樹脂的模量較高,其對纖維的支撐能力強(qiáng),使得纖維在被剪斷的過程中彎曲變形范圍較小,產(chǎn)生的凹坑也較小;而當(dāng)溫度較高時(shí),樹脂軟化使得其對纖維的包裹支撐性能也大大降低,特別是在135°纖維方向,纖維產(chǎn)生了更大范圍的彎曲變形,導(dǎo)致切削面以下開裂嚴(yán)重,纖維斷裂位置更深,產(chǎn)生了更深的凹坑,如圖4所示,因此導(dǎo)致出口處的孔壁粗糙度大于入口[19].

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]冷卻空氣流向?qū)FRP制孔刀具磨損及孔質(zhì)量的影響[J]. 王福吉,成德,趙猛,付饒.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2019(02)
[2]雙頂角鉆頭鉆削CFRP復(fù)合材料的刀具磨損機(jī)制[J]. 錢寶偉,劉巍,賈振元,付饒,白玉,何春伶.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2017(04)
[3]碳纖維復(fù)合材料切削加工技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 陳濤,苗光,李素燕.  哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(02)
[4]復(fù)合材料在新一代大型民用飛機(jī)中的應(yīng)用[J]. 馬立敏,張嘉振,岳廣全,劉建光,薛佳.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2015(02)
[5]混合變參數(shù)振動(dòng)鉆削纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究[J]. 張林波,王立江,王昕.  汽車技術(shù). 2001(11)
[6]三區(qū)段變參數(shù)振動(dòng)鉆削微孔的研究[J]. 楊兆軍,王立江,王立平.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2001(03)
[7]低頻振動(dòng)鉆削時(shí)微小鉆頭鉆入橫向偏移的研究[J]. 王立平,楊兆軍,王立江,楊叔子.  中國機(jī)械工程. 1998(12)

博士論文
[1]CFRP切削加工損傷成因及其評(píng)價(jià)方法[D]. 殷俊偉.大連理工大學(xué) 2018
[2]CFRP低損傷鉆削制孔關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 付饒.大連理工大學(xué) 2017
[3]切削力和熱對C/E復(fù)合材料制孔損傷的影響機(jī)理[D]. 王奔.大連理工大學(xué) 2014
[4]C/E復(fù)合材料制孔缺陷成因與高效制孔技術(shù)[D]. 鮑永杰.大連理工大學(xué) 2010

碩士論文
[1]航空疊層材料變參數(shù)制孔工藝研究[D]. 韋學(xué)文.南京航空航天大學(xué) 2019
[2]雙頂角鉆尖幾何參數(shù)對碳纖維復(fù)合材料鉆削軸向力和制孔分層的影響[D]. 何春伶.大連理工大學(xué) 2016
[3]航空材料制孔缺陷抑制及工藝研究[D]. 胡堅(jiān).南京航空航天大學(xué) 2016
[4]碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鉆削溫度與孔質(zhì)量試驗(yàn)研究[D]. 蔡建國.福州大學(xué) 2014
[5]碳纖維復(fù)合材料鉆削軸向力及刀具磨損的試驗(yàn)研究[D]. 魏良耀.南京理工大學(xué) 2013



本文編號(hào)：2960134