隨著現(xiàn)代航空航天、國防工業(yè)等重點(diǎn)發(fā)展行業(yè)的不斷進(jìn)步,對應(yīng)用材料的性能要求越來越高,傳統(tǒng)的單一結(jié)構(gòu)材料已無法滿足使用要求,由兩種及兩種以上不同材料組成的航空異質(zhì)構(gòu)件,通過不同材料物理力學(xué)性能間的協(xié)同作用,獲得單一結(jié)構(gòu)無法比擬的優(yōu)越綜合性能,可有效提高航空構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和損傷容限,被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。不同構(gòu)件間通過鉆削連接孔,利用螺栓或鉚接進(jìn)行裝配,連接孔的加工質(zhì)量直接影響裝配精度,對飛機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性起到關(guān)鍵作用。目前已有研究中,針對航空航天領(lǐng)域應(yīng)用較廣的鋁/鈦合金異質(zhì)疊層構(gòu)件的制孔研究較少,缺乏鉆削加工中刀具溫度分布研究,難以制定合理的制孔工藝,為此,開展航空異質(zhì)構(gòu)件鉆削刀具溫度分布及制孔工藝研究,為實(shí)現(xiàn)航空結(jié)構(gòu)件高效高質(zhì)量加工提供關(guān)鍵技術(shù)支持。主要研究內(nèi)容如下:分析了鉆削刀具主切削刃上溫度分布特征。基于Tool-foil熱電偶系統(tǒng),研究了鉆削過程中沿刀具主切削刃上溫度變化特性,得出沿主切削刃從鉆心到外緣,刀具溫度呈逐漸降低趨勢,即靠近鉆心處溫度比外緣處高。利用嵌入式熱電偶系統(tǒng)對該結(jié)果進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,同時(shí)在運(yùn)用共軛梯度法確定刀/屑間摩擦熱能的能量分配系數(shù)的基礎(chǔ)上,對刃上溫度分布進(jìn)行了理論解析和有限元仿真分析,驗(yàn)證了Tool-foil熱電偶系統(tǒng)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和方法的可靠性,為后續(xù)溫度研究提供技術(shù)支持。研究了鋁/鈦合金異質(zhì)疊層結(jié)構(gòu)鉆削加工特性。分別對單層及疊層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了鉆削試驗(yàn),分析了鉆削過程中加工參量的變化特性,比較了單層、疊層及不同鉆削順序下刀具刃上溫度分布差異,建立了鉆削鋁/鈦疊層時(shí)切削參數(shù)與刀具溫度分布間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型,得出鉆削鋁/鈦結(jié)構(gòu)(鋁一→鈦)時(shí),靠近鉆心位置的溫度低于切削刃外緣溫度,溫度沿主切削刃從鉆心到外緣呈上升趨勢;但鉆削鈦/鋁結(jié)構(gòu)(鈦→鋁)時(shí),結(jié)果與之相反。探討了制孔后已加工微觀組織結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)已加工表面微觀組織在熱力耦合作用下發(fā)生嚴(yán)重塑性變形,晶粒被沿加工方向呈纖維化拉長,且該區(qū)域內(nèi)發(fā)生兩種相變:一是由密排六方的α相向體心立方的β相進(jìn)行轉(zhuǎn)變;二是由體心立方β相向次生α相(馬氏體)進(jìn)行轉(zhuǎn)變。描述了鉆削過程中切屑的三維形成過程,揭示鉆削切屑的成形機(jī)理,研究了切削參數(shù)對切屑宏觀及微觀形貌的多尺度影響特性。評價(jià)了新型刀具結(jié)構(gòu)對異質(zhì)構(gòu)件的鉆削加工性能。闡述刀具斷屑機(jī)理,設(shè)計(jì)并試制多尖刃鉆頭、階梯刃鉆頭和雙錐角鉆頭等新型刀具結(jié)構(gòu)對鋁/鈦合金異質(zhì)疊層結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆削試驗(yàn),研究了不同刀具結(jié)構(gòu)對加工過程參量和刀具刃上溫度分布的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)無論哪種刀具結(jié)構(gòu),靠近鉆心溫度均大于外緣溫度,且雙錐角鉆頭沿主切削刃產(chǎn)生的溫度趨勢更為平緩。揭示了粘結(jié)磨損是不同刀具結(jié)構(gòu)在鉆削鋁/鈦疊層時(shí)主要的刀具磨損形式,通過綜合比較,確定雙錐角鉆頭更適用于鋁/鈦疊層加工。探討了不同冷卻方式對異質(zhì)構(gòu)件制孔特性的影響規(guī)律。闡明了MQL系統(tǒng)中的霧滴是在由毛細(xì)作用力產(chǎn)生的拉力和由工件已加工表面或切屑背面的相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的排斥力共同作用下到達(dá)接觸面,形成潤滑膜,減小了金屬間直接接觸面積,并與接觸表面發(fā)生對流換熱,實(shí)現(xiàn)其潤滑冷卻功能。對比分析了干切削、空冷和MQL冷卻條件下鉆削鋁合金、鈦合金和鋁/鈦疊層時(shí)刀具主切削刃上溫度分布特性,得出在鉆削鋁合金和鈦合金時(shí),沿主切削刃從鉆心到外緣刀具溫度呈遞減趨勢,且空冷的冷卻效果最好,但在鉆削鋁/鈦疊層結(jié)構(gòu)時(shí),無論哪種冷卻方式,沿主切削刃從鉆心到外緣刀具溫度呈遞增趨勢,且MQL冷卻效果最好。粘結(jié)磨損和刀具破損是不同冷卻條件下鉆削鋁合金和鈦合金時(shí)刀具主要磨損形式。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V261.2;TG52
【部分圖文】：

的３０％以上我國自行研制的第二代戰(zhàn)機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)材料中鋁合金占８０％以上，??在研制的第三代戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)體用材中鋁合金仍占６０°／。－７０％１｜２】。在民用飛機(jī)波音７７７??客機(jī)中，如圖１－２所示，各類鋁合金材料約占整個(gè)機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的７０％１１３］；另外，??國產(chǎn)Ｃ９１９大飛機(jī)上各類鋁合金的重量占比仍高達(dá)６５％［１４】。??隨著現(xiàn)代航空航天、國防工業(yè)等重點(diǎn)發(fā)展行業(yè)的不斷進(jìn)步，對應(yīng)用材料的性??能要求越來越高；隨著材料制備技術(shù)的不斷發(fā)展，具有高性能或超高性能的金屬??及非金屬材料相繼出現(xiàn)，鈦合金因其密度低、比強(qiáng)度高、彈性模量小、耐熱耐腐??蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪葉盤、骨架或起落架等部件，??可以大幅度減輕航空產(chǎn)品結(jié)構(gòu)重量，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和損傷容限，提升零部件的服??役性能。比如，在民用飛機(jī)領(lǐng)域％１６］，波音公司Ｂ７８７和空中客車公司Ａ３５０客??２??

—４??圖１－２波音Ｂ７７７客機(jī)中鋁合金應(yīng)用??圖１－３描述了波音系列機(jī)型中各材料所占的重量百分比。從圖中可以看出，??鋁合金和鈦合金依舊為航空航天領(lǐng)域中應(yīng)用最普遍、用量最大的結(jié)構(gòu)材料。??４〇／０１％?１％?２％?１〇??必：＾?：??５〇％??圖１－３波音系列客機(jī)中的材料構(gòu)成發(fā)展１５１??近年來，雖然復(fù)合材料作為一種新型材料因其高的比強(qiáng)度和比剛度在航空工??３??

?—４??圖１－２波音Ｂ７７７客機(jī)中鋁合金應(yīng)用??圖１－３描述了波音系列機(jī)型中各材料所占的重量百分比。從圖中可以看出，??鋁合金和鈦合金依舊為航空航天領(lǐng)域中應(yīng)用最普遍、用量最大的結(jié)構(gòu)材料。??４〇／０１％?１％?２％?１〇??必：＾?：??５〇％??圖１－３波音系列客機(jī)中的材料構(gòu)成發(fā)展１５１??近年來，雖然復(fù)合材料作為一種新型材料因其高的比強(qiáng)度和比剛度在航空工??３??
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