CFRP/鋁合金疊層結構動態(tài)鉆削力預測研究
發(fā)布時間：2021-09-05 00:03
建立了CFRP（carbon fiber reinforced plastics）/鋁合金疊層結構制孔軸向力分階段預測模型,提出一種面向分階段的鉆削過程描述方法。闡述了CFRP與鋁合金的疊層方式,根據鉆削過程中鉆頭所處位置確定不同的鉆削階段;在鉆削過程分析的基礎上,通過解析建模方法給出了疊層結構動態(tài)軸向力預測方法,并詳細分析了模型公式中積分限的計算方法;進行了疊層結構制孔實驗,測量分階段的瞬時制孔軸向力。通過對比發(fā)現提出的預測模型與實驗值吻合較好,能夠準確預測CFRP/鋁合金疊層結構制孔軸向力。
【文章來源】：機械科學與技術. 2017,36(01)北大核心CSCD
【文章頁數】：6 頁
【部分圖文】：
鉆削過程中的不同階段
機械科學與技術第36卷http://www．nwpu－journals．org．cn/鉆削力模型，必須對CFＲP和鋁合金鉆削過程分別進行建模，針對每種情況還需要分別計算橫刃與切削刃產生的軸向力。2．1切削刃軸向力模型為了建立切削刃力學模型，可以將切削刃看成一系列相連的獨立切削單元，記每個單元在垂直于鉆頭軸線的平面上投影長度為dx，如圖2所示，將單元切削力在整個切削刃上進行積分即可求出切削刃產生的力。圖2軸向力的產生切削刃建模過程示意圖如圖3所示為了方便求解，在與鉆頭軸線垂直的平面上建立極坐標系，并取鉆頭軸線與平面的交點為極點，記切削單元在極徑ρ方向的寬度為dr，與極點的距離為r，極徑ρ=r/Ｒ。dr=Ｒdρ(2)dx=drcos(i(ρ))(3)式中i(ρ)為切削刃的刃傾角。根據參考文獻［1］，cos(i(ρ))可以表示為cos(i(ρ))=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2(4)式中:w為橫刃寬度的一半;Ｒ為鉆頭半徑;ε為鉆頭頂角。結合式(3)，式(4)和式(5)可得dx=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(5)因此，考慮到兩個切削刃的共同作用效果，切削刃產生的軸向力可以寫成FEth=12∫λ2λ1sin(ε2)·Kt·1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(6)式中Kt為單元切削力系數。對于復合材料Kt表達式為Kt=τ1haccosφtan(φ+β－γ)－sinφτ1τ2cos(θ－φ)sinθ－sin(θ－φ)cosθ(7)圖3切削刃建模過程示意圖對于鋁合金Kt表達式為Kt=sinφtan(φ+β－γ)+cosφμcosφ(8)式(7)和(8)中:φ為剪切角;β為摩擦角，β=30°;θ為纖維方向角;γ表示刀具前角;μ為前刀面與切削材料之間的摩擦系數，取值為0.2;τ1和τ2
機械科學與技術第36卷http://www．nwpu－journals．org．cn/鉆削力模型，必須對CFＲP和鋁合金鉆削過程分別進行建模，針對每種情況還需要分別計算橫刃與切削刃產生的軸向力。2．1切削刃軸向力模型為了建立切削刃力學模型，可以將切削刃看成一系列相連的獨立切削單元，記每個單元在垂直于鉆頭軸線的平面上投影長度為dx，如圖2所示，將單元切削力在整個切削刃上進行積分即可求出切削刃產生的力。圖2軸向力的產生切削刃建模過程示意圖如圖3所示為了方便求解，在與鉆頭軸線垂直的平面上建立極坐標系，并取鉆頭軸線與平面的交點為極點，記切削單元在極徑ρ方向的寬度為dr，與極點的距離為r，極徑ρ=r/Ｒ。dr=Ｒdρ(2)dx=drcos(i(ρ))(3)式中i(ρ)為切削刃的刃傾角。根據參考文獻［1］，cos(i(ρ))可以表示為cos(i(ρ))=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2(4)式中:w為橫刃寬度的一半;Ｒ為鉆頭半徑;ε為鉆頭頂角。結合式(3)，式(4)和式(5)可得dx=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(5)因此，考慮到兩個切削刃的共同作用效果，切削刃產生的軸向力可以寫成FEth=12∫λ2λ1sin(ε2)·Kt·1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(6)式中Kt為單元切削力系數。對于復合材料Kt表達式為Kt=τ1haccosφtan(φ+β－γ)－sinφτ1τ2cos(θ－φ)sinθ－sin(θ－φ)cosθ(7)圖3切削刃建模過程示意圖對于鋁合金Kt表達式為Kt=sinφtan(φ+β－γ)+cosφμcosφ(8)式(7)和(8)中:φ為剪切角;β為摩擦角，β=30°;θ為纖維方向角;γ表示刀具前角;μ為前刀面與切削材料之間的摩擦系數，取值為0.2;τ1和τ2
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鈦合金TC4的鉆削力試驗研究[J]. 韓榮第,吳健. 工具技術. 2009(01)
[2]基于Deform 3D的鉆削力仿真研究[J]. 楊軍,周利平,吳能章. 工具技術. 2007(04)
[3]高速鉆削碳纖維復合材料鉆削力的研究[J]. 張厚江,樊銳,陳五一,陳鼎昌. 航空制造技術. 2006(12)
[4]鉆削力模型的建立及仿真[J]. 董麗華,劉大昕. 機械工程師. 2003(07)
本文編號：3384263
【文章來源】：機械科學與技術. 2017,36(01)北大核心CSCD
【文章頁數】：6 頁
【部分圖文】：
鉆削過程中的不同階段
機械科學與技術第36卷http://www．nwpu－journals．org．cn/鉆削力模型，必須對CFＲP和鋁合金鉆削過程分別進行建模，針對每種情況還需要分別計算橫刃與切削刃產生的軸向力。2．1切削刃軸向力模型為了建立切削刃力學模型，可以將切削刃看成一系列相連的獨立切削單元，記每個單元在垂直于鉆頭軸線的平面上投影長度為dx，如圖2所示，將單元切削力在整個切削刃上進行積分即可求出切削刃產生的力。圖2軸向力的產生切削刃建模過程示意圖如圖3所示為了方便求解，在與鉆頭軸線垂直的平面上建立極坐標系，并取鉆頭軸線與平面的交點為極點，記切削單元在極徑ρ方向的寬度為dr，與極點的距離為r，極徑ρ=r/Ｒ。dr=Ｒdρ(2)dx=drcos(i(ρ))(3)式中i(ρ)為切削刃的刃傾角。根據參考文獻［1］，cos(i(ρ))可以表示為cos(i(ρ))=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2(4)式中:w為橫刃寬度的一半;Ｒ為鉆頭半徑;ε為鉆頭頂角。結合式(3)，式(4)和式(5)可得dx=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(5)因此，考慮到兩個切削刃的共同作用效果，切削刃產生的軸向力可以寫成FEth=12∫λ2λ1sin(ε2)·Kt·1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(6)式中Kt為單元切削力系數。對于復合材料Kt表達式為Kt=τ1haccosφtan(φ+β－γ)－sinφτ1τ2cos(θ－φ)sinθ－sin(θ－φ)cosθ(7)圖3切削刃建模過程示意圖對于鋁合金Kt表達式為Kt=sinφtan(φ+β－γ)+cosφμcosφ(8)式(7)和(8)中:φ為剪切角;β為摩擦角，β=30°;θ為纖維方向角;γ表示刀具前角;μ為前刀面與切削材料之間的摩擦系數，取值為0.2;τ1和τ2
機械科學與技術第36卷http://www．nwpu－journals．org．cn/鉆削力模型，必須對CFＲP和鋁合金鉆削過程分別進行建模，針對每種情況還需要分別計算橫刃與切削刃產生的軸向力。2．1切削刃軸向力模型為了建立切削刃力學模型，可以將切削刃看成一系列相連的獨立切削單元，記每個單元在垂直于鉆頭軸線的平面上投影長度為dx，如圖2所示，將單元切削力在整個切削刃上進行積分即可求出切削刃產生的力。圖2軸向力的產生切削刃建模過程示意圖如圖3所示為了方便求解，在與鉆頭軸線垂直的平面上建立極坐標系，并取鉆頭軸線與平面的交點為極點，記切削單元在極徑ρ方向的寬度為dr，與極點的距離為r，極徑ρ=r/Ｒ。dr=Ｒdρ(2)dx=drcos(i(ρ))(3)式中i(ρ)為切削刃的刃傾角。根據參考文獻［1］，cos(i(ρ))可以表示為cos(i(ρ))=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2(4)式中:w為橫刃寬度的一半;Ｒ為鉆頭半徑;ε為鉆頭頂角。結合式(3)，式(4)和式(5)可得dx=1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(5)因此，考慮到兩個切削刃的共同作用效果，切削刃產生的軸向力可以寫成FEth=12∫λ2λ1sin(ε2)·Kt·1－w2sin2(ε/2)2ρ2Ｒ2()Ｒdρ(6)式中Kt為單元切削力系數。對于復合材料Kt表達式為Kt=τ1haccosφtan(φ+β－γ)－sinφτ1τ2cos(θ－φ)sinθ－sin(θ－φ)cosθ(7)圖3切削刃建模過程示意圖對于鋁合金Kt表達式為Kt=sinφtan(φ+β－γ)+cosφμcosφ(8)式(7)和(8)中:φ為剪切角;β為摩擦角，β=30°;θ為纖維方向角;γ表示刀具前角;μ為前刀面與切削材料之間的摩擦系數，取值為0.2;τ1和τ2
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鈦合金TC4的鉆削力試驗研究[J]. 韓榮第,吳健. 工具技術. 2009(01)
[2]基于Deform 3D的鉆削力仿真研究[J]. 楊軍,周利平,吳能章. 工具技術. 2007(04)
[3]高速鉆削碳纖維復合材料鉆削力的研究[J]. 張厚江,樊銳,陳五一,陳鼎昌. 航空制造技術. 2006(12)
[4]鉆削力模型的建立及仿真[J]. 董麗華,劉大昕. 機械工程師. 2003(07)
本文編號：3384263
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