航空难加工材料螺旋铣孔专用刀具研究

作     者：王亚飞 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘刚

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：螺旋铣孔 分屑 分布式多点阵端部切削刃 专用刀具 立铣刀 

摘      要：随着飞机装配数字化程度的提高及新型航空难加工材料钛合金和复合材料的广泛应用,传统钻孔加工越来越不能满足加工的需要。螺旋铣孔技术作为一种新型的孔加工技术,相对传统钻孔加工尤其是难加工材料钛合金和复合材料加工体现出诸多优势,已在国外航空装配现场成功应用,但国外采取了严格的技术封锁。目前国内螺旋铣孔加工多采用传统立铣刀,而立铣刀在加工中存在许多问题,因此需要独立自主研究适用我国飞机装配的螺旋铣孔专用刀具。 首先分析了螺旋铣孔过程中刀具的运动特点,建立了刀具运动轨迹与切削速度的数学描述,并指出传统立铣刀在螺旋铣孔加工中存在的问题。从解决立铣刀存在的问题出发,借鉴群钻对麻花钻的改进,基于自由切削和分屑原理,设计了一种具有分布式多点阵端部切削刃的螺旋铣孔专用刀具。利用轨迹方程模拟专用刀具及立铣刀端部切削刃运动轨迹,对专用刀具的分屑作用进行分析;利用三维建模软件模拟未变形切屑形状,并与立铣刀对比,对专用刀具的切屑形状、侧刃与端刃切削比例进行分析。 通过铝合金、钛合金和复合材料螺旋铣孔试验,对专用刀具的分屑及制孔效果、使用寿命进行验证,同时结合钛合金孔出口切屑帽的形成分析了专用刀具端部切削刃设计对出口毛刺的抑制作用。 最后从专用刀具几何参数选择出发,结合相关的试验、分析结果和刀具改进过程,对端部切削刃前角选择、偏心距与中心刃选择及端部切削刃多点阵分布进行分析。