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单向带复合材料ADU制孔刀具设计及验证

工具技术 2024年第3期58卷 120-123页

作者：谢昌嵩陆泰屹贾雪冰陈珉烨张烘州王贤锋上海飞机制造有限公司

针对复合材料叠层ADU钻孔刀具开发测试周期长、样刀试制成本高以及制孔易损伤等问题,利用数控加工设备和ADU工具以相同的加工参数测试不同刃型的直柄硬质合金刀具,比较刃型结构对复合材料制孔质量的影响,确定最优结构后定制螺纹柄刀具开... 详细信息

针对复合材料叠层ADU钻孔刀具开发测试周期长、样刀试制成本高以及制孔易损伤等问题,利用数控加工设备和ADU工具以相同的加工参数测试不同刃型的直柄硬质合金刀具,比较刃型结构对复合材料制孔质量的影响,确定最优结构后定制螺纹柄刀具开展ADU制孔验证,寻求一种便捷快速、成本较低的刀具开发路径,解决复合材料ADU制孔损伤问题,为复合材料叠层ADU钻孔刀具的选型测试提供参考,提高刀具开发效率,降低生产研发成本。

关键词：复合材料钻孔 ADU 制孔质量

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钛锭切削加工专用刀具的开发及应用

钛锭切削加工专用刀具的开发及应用

作者：张烘州上海交通大学

学位级别：硕士

钛合金具有比强度高、抗蚀性强和高温性能好等优良性能,已成为现代工业中不可缺少的结构材料。随着工业的发展,对钛锭的需求量陡增,同时对钛锭的质量要求也越来越高,如要求钛锭表面无杂质,组织均匀,表面质量优异等。目前,钛锭的剥皮和... 详细信息

钛合金具有比强度高、抗蚀性强和高温性能好等优良性能,已成为现代工业中不可缺少的结构材料。随着工业的发展,对钛锭的需求量陡增,同时对钛锭的质量要求也越来越高,如要求钛锭表面无杂质,组织均匀,表面质量优异等。目前,钛锭的剥皮和平头加工一般采用硬质合金刀具,然而钛锭剥皮和平头属于重载切削,刀具磨损过快,常以非正常刃口破损为主,从而引入钨污染,导致材料组织不均、夹杂物应力集中、加工效率低等问题。针对这一现状,本文结合钛合金切削试验及有限元仿真方法,开发出了钛锭切削加工专用车刀,满足了钛锭在切削加工中对刀具抗冲击性强和耐磨性好的要求,避免了刀具在加工中因磨损、破损而引入钨污染。论文的主要研究内容包括: 1、通过试验设计对钛合金进行切削实验,针对钛锭钨污染地问题,研究了钛合金加工中刀具的磨损形态、磨损机理以及刀具的破损机理;针对加工表面质量差和加工效率低等问题,提出了用于表面粗糙度预测的多元回归模型,建立了表面粗糙度的等值响应曲面,并通过响应曲面法对加工参数进行优化;分析了加工参数对切削力的影响规律,为开展先进刀具的开发做好理论基础。 2、结合钛锭剥皮和平头的特点,从刀具材料、刀具刃口强化和刃口精化、刀具几何角度、排屑断屑性能、刀具切削余量分配和刀具装夹方式等方面,进行高性能刀具的设计与制作。选择PCBN作为刀具基体材料,开发出了圆形刀片组合方形刀片的双刀片车刀,既满足了单次切深很大的剥皮工序,又极大地提高了刀具寿命。配合平头加工,开发出了既能进行平头加工也能进行外圆剥皮加工的45度偏角单刀头车刀 3、借助有限元数值模拟手段,结合试验设计方法,提出了钛锭切削专用车刀刃口精化的设计方法,建立了钛锭切削加工中切削力、切削温度和等效应力相对于刃口结构参数的指数预测模型,分析了刃口结构参数对切削过程的影响规律,从提高耐用度角度对刃口参数进行最优化处理。采用单因素法,考察了刀具前、后角度对切削过程的影响规律,对刀具前、后角度进行优化匹配。确定出适合该专用刀具最优的加工参数。

关键词：钛锭 PCBN 试验设计切削性能刀具结构有限元仿真最优化

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某新型飞机平尾自动制孔中的刀具应用与研究

航空制造技术 2013年第14期56卷 88-91页

作者：徐宁张烘州孟见新中国商飞上海飞机制造有限公司

某新型飞机平尾的装配过程涉及一批高精度、高光洁度，承力结构件间的大尺寸连接孔的加工，主要有：平尾中央盒段对接孔、平尾外伸段对接孔、平尾外伸段桶形螺母孔。由于这些孔的加工材料厚、尺寸大、数量多、精度高。

关键词：飞机平尾应用刀具制孔装配过程高精度大尺寸对接孔

碳纤维增强复合材料单向层合板直角自由切削热特性试验

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复合材料学报 2015年第5期32卷 1469-1479页

作者：文亮姜丽萍张烘州蔡晓江安庆龙陈明上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海飞机制造有限公司上海200436

为揭示碳纤维增强复合材料(CFRP)切削温度与切削要素之间的关系,采用直角自由切削对CFRP单向层合板进行了切削试验,并采用OMEGA-0.05mm高灵敏K型热电偶对切削温度进行测量,讨论了切削参数、刀具几何参数及材料参数对切削温度的影响。结... 详细信息

为揭示碳纤维增强复合材料(CFRP)切削温度与切削要素之间的关系,采用直角自由切削对CFRP单向层合板进行了切削试验,并采用OMEGA-0.05mm高灵敏K型热电偶对切削温度进行测量,讨论了切削参数、刀具几何参数及材料参数对切削温度的影响。结果表明:对切削温度的影响程度由高到低的参数依次为切削速度、切削厚度、刀具后角和钝圆半径,切削参数对温度的影响效应不受纤维方向角的影响;不同于金属材料,CFRP纤维方向角对切削温度影响突出,顺纤维方向上的切削温度明显高于逆纤维方向上的,切削温度在θ=90°时达到最大值,且为θ=0°时的2倍;CFRP切削回弹对刀具后刀面与已加工表面的接触状况影响较大,从而影响切削温度,加剧了切削温度的各向异性特征,且第3变形区切削热对切削温度影响突出;CFRP切削温度范围窄,最大切削温度在300℃左右,将导致切削质量对温度变化更为敏感。

关键词：各向异性碳纤维增强复合材料纤维方向角切削温度刀具几何参数

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先进刀具技术现状分析及发展趋势

航空制造技术 2012年第10期55卷 40-43页

作者：张烘州蒋红宇陈洁明伟伟中国商飞上海飞机制造有限公司上海交通大学机械与动力工程学院

高速切削作为先进制造技术的一项全新的共性基础技术,已经成为现代切削加工技术的重要发展方向。先进刀具在机械加工中起到了越来越重要的作用,选择合理的刀具材料、涂层及几何参数将是实现高效切削加工的关键。因此,刀具作为切削加工... 详细信息

高速切削作为先进制造技术的一项全新的共性基础技术,已经成为现代切削加工技术的重要发展方向。先进刀具在机械加工中起到了越来越重要的作用,选择合理的刀具材料、涂层及几何参数将是实现高效切削加工的关键。因此,刀具作为切削加工工艺系统中最活跃的因素已经成为实现高速切削加工的必要条件。

关键词：刀具机械加工涂层技术切削加工工艺复合涂层

响应曲面法在表面粗糙度预测模型及参数优化中的应用

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上海交通大学学报 2010年第4期44卷 447-451页

作者：张烘州明伟伟安庆龙陈明戎斌韩冰上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海飞机制造有限公司上海200436

分析了切削速度、进给量和切削深度对表面粗糙度的影响规律,提出了一种车削难加工材料钛合金TC11表面粗糙度的建模方法.采用中心组合设计方法,建立了用于表面粗糙度预测的多元回归模型,运用方差分析检验了该预测模型的拟合度,利用响应... 详细信息

分析了切削速度、进给量和切削深度对表面粗糙度的影响规律,提出了一种车削难加工材料钛合金TC11表面粗糙度的建模方法.采用中心组合设计方法,建立了用于表面粗糙度预测的多元回归模型,运用方差分析检验了该预测模型的拟合度,利用响应曲面法对表面粗糙度建立等值响应曲面,从而可以通过切削参数的优化在保证加工质量的前提下获得更高的材料去除率,实现难加工材料钛合金高效切削.

关键词：面心组合设计响应曲面法表面粗糙度等值面参数优化

航空铝合金整体结构件数控加工变形控制现状分析

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航空制造技术 2012年第12期55卷 58-61页

作者：张烘州戎斌陈洁明伟伟中国商飞上海飞机制造有限公司上海交通大学机械与动力工程学院

现代商用客机所用材料主要是铝合金、合金钢、钛合金以及复合材料等.虽然复合材料和钛合金在飞机机体上的使用比例有逐年增加的趋势,但是,铝合金密度较小、比强度较高、耐蚀性好、成形性较好、工艺成熟、使用数据充分、资源丰富、成本低... 详细信息

现代商用客机所用材料主要是铝合金、合金钢、钛合金以及复合材料等.虽然复合材料和钛合金在飞机机体上的使用比例有逐年增加的趋势,但是,铝合金密度较小、比强度较高、耐蚀性好、成形性较好、工艺成熟、使用数据充分、资源丰富、成本低廉,而且近年来性能不断提高,成本降低,并出现新型铝合金(铝锂合金),因此铝合金的发展并未像预期的那样迅速退出飞机结构材料的舞台,而仍在波音777、A340、A380、C919等最先进的飞机上大量使用.可见,铝合金仍然是民用大型飞机中不可或缺的主要材料[1].

关键词：薄壁结构件残余应力毛坯航空结构件大型客机残余内应力航空整体结构件航空铝合金变形控制数控加工

超临界二氧化碳低温铣削CFRP复合材料试验研究

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航空制造技术 2021年第19期64卷 14-19页

作者：邹凡王贤锋张烘州安庆龙上海交通大学上海200240 中国商飞上海飞机制造有限公司上海200436

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)因其优异的性能在航空航天领域得到广泛应用。因其非均质性、各向异性以及较高的温度敏感性,在机械加工中容易发生不可逆的损伤。通过对T800/X850高强度碳纤维复合材料层合板... 详细信息

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)因其优异的性能在航空航天领域得到广泛应用。因其非均质性、各向异性以及较高的温度敏感性,在机械加工中容易发生不可逆的损伤。通过对T800/X850高强度碳纤维复合材料层合板进行干燥和低温条件下的铣削试验,探究了超临界二氧化碳低温冷却方法应用于CFRP复合材料机械加工的可行性。研究结果表明,低温切削相比于干切可以显著降低切削温度,提高表面质量;低温切削条件下的切削弯矩相比于干切会有一定提高;高转速、小进给、低温冷却的组合,有助于提高CFRP层合板的加工质量和加工效率。

关键词：碳纤维增强复合材料超临界二氧化碳低温铣削切削温度切削弯矩

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基于螺旋铣孔柔性切削力建模的孔径误差补偿

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2017年第2期50卷 147-153页

作者：李士鹏田利成秦旭达张笑宇张烘州李永行天津大学机械工程学院天津300072 北京深远世宁科技有限公司北京102206 上海飞机制造有限公司上海200436 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心北京102211

螺旋铣孔技术有较高的加工质量及加工效率,得到国内外广泛关注.但在小孔加工过程中,在螺旋铣刀小直径、大长径比和径向切削力的共同作用下,刀具易发生挠曲变形,导致较大的孔径误差.针对此问题,通过研究刀具受力挠曲变形规律,结合切削力... 详细信息

螺旋铣孔技术有较高的加工质量及加工效率,得到国内外广泛关注.但在小孔加工过程中,在螺旋铣刀小直径、大长径比和径向切削力的共同作用下,刀具易发生挠曲变形,导致较大的孔径误差.针对此问题,通过研究刀具受力挠曲变形规律,结合切削力与刀具挠曲变形量间的耦合关系,建立了螺旋铣孔切削力的柔性预测模型;并基于镜像对称原理和迭代算法对孔径进行误差补偿.试验结果表明,补偿之后孔径误差由约35,μm降低到5,μm左右,极大改善了小直径孔的加工质量.

关键词：螺旋铣削柔性切削力模型刀具挠曲变形误差补偿