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KFRP复合材料螺旋铣削工艺制孔质量

宇航材料工艺 2018年第3期48卷 72-77页

作者：刘思南杨涛杜宇刘畅巩文东天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387 天津工业大学机械工程学院天津300387

文摘凯夫拉纤维增强复合材料(KFRP)在钻削过程中会产生严重的分层、起毛等缺陷,难以满足装配工序的要求。本文将螺旋铣削工艺运用于KFRP复合材料制孔,进行了偏心距、主轴转速和刀具类型的单因素试验,以分层因子、起毛面积和孔径偏差表征... 详细信息

文摘凯夫拉纤维增强复合材料(KFRP)在钻削过程中会产生严重的分层、起毛等缺陷,难以满足装配工序的要求。本文将螺旋铣削工艺运用于KFRP复合材料制孔,进行了偏心距、主轴转速和刀具类型的单因素试验,以分层因子、起毛面积和孔径偏差表征KFRP复合材料螺旋铣削的制孔质量,深入研究不同工况下的缺陷抑制机理和制孔质量。结果表明,偏心距、主轴转速和刀具结构对制孔质量均有显著影响,采用波形四刃铣刀在偏心距0.5 mm和主轴转速4 000 r/min工况下的制孔质量最好,分层因子和孔径偏差分别为1.27和1.2%,起毛面积比二刃铣刀下降了13.7%。

关键词：螺旋铣削 KFRP复合材料加工缺陷制孔质量

刀具磨损因素分析及对CFRP制孔质量的影响

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复合材料科学与工程 2024年第4期 111-116页

作者：周欣康位浩杰陈晓龙王佳鑫卢大伟谢辉航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司成都610031

为了保证碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)加工质量,研究刀具磨损对CFRP制孔质量的影响,本文制备了CFRP层压板样件,对刀具磨损规律、刀具磨损与CFRP制孔质量的关联性进行定量试验研究。使用数字显微镜跟踪标定制孔过程中的后刀面磨损量VB... 详细信息

为了保证碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)加工质量,研究刀具磨损对CFRP制孔质量的影响,本文制备了CFRP层压板样件,对刀具磨损规律、刀具磨损与CFRP制孔质量的关联性进行定量试验研究。使用数字显微镜跟踪标定制孔过程中的后刀面磨损量VB,绘制了刀具磨损曲线,对不同转速下的后刀面磨损规律进行了定量对比分析。同时通过对制孔后的出口毛刺长度和分层情况进行试验标定,分别利用出口毛刺缺陷因子和制孔分层缺陷因子对制孔质量进行评价,绘制了缺陷因子与VB的相关曲线,对刀具磨损因素及对制孔质量的影响进行了定量分析。结果表明:高转速下刀具更早进入急剧磨损,但在急剧磨损阶段,低转速下刀具磨损更快;刀具进入急剧磨损阶段后,刀具磨损逐渐成为出口缺陷的主要原因,且刀具磨损量相同时高转速下制孔质量更高。

关键词：碳纤维增强树脂基复合材料刀具磨损缺陷因子钻削制孔质量

加工工艺参数对碳纤维增强复合材料层合板制孔质量的影响

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科学技术与工程 2020年第26期20卷 10683-10689页

作者：王萌王共冬李南肇启迪刘喜亮沈阳航空航天大学航空宇航学院沈阳110136 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点实验室沈阳110136

为了研究不同的钻孔参数对制孔质量的影响,采取5种不同顶角的刀具(90°、118°、140°、160°、180°)以及不同进给速度对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)层合板进行钻削实验,将钻孔参数与制孔质量的关系进... 详细信息

为了研究不同的钻孔参数对制孔质量的影响,采取5种不同顶角的刀具(90°、118°、140°、160°、180°)以及不同进给速度对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)层合板进行钻削实验,将钻孔参数与制孔质量的关系进行拟合,建立了基于分层因子的评价方法,并由此开发一种CFRP钻孔工艺参数知识库系统。通过对不同顶角钻头的轴向力-时间曲线、进给率/顶角-轴向力拟合关系进行分析,并对比不同顶角钻头的扫面电子显微镜(SEM)图象发现:钻头顶角越大,进给率越大则钻削轴向力越大,出口分层缺陷越严重;钻削参数为小顶角、低进给时,出口质量更优异。

关键词： CFRP制孔不同顶角钻削参数拟合方程制孔质量

GFRP/Al叠层材料钻削力与制孔质量的实验研究

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复合材料科学与工程 2024年第6期 106-111,117页

作者：刘礼平刘斌李青彭志广朱学明中国民航大学航空工程学院天津300300 首都航天机械有限公司北京100076 天津职业技术师范大学机械工程学院天津300222

复合材料与金属组成的叠层结构已在航空航天领域广泛使用,然而在复合材料/金属叠层结构上钻削高质量的孔仍是一个挑战。本文旨在研究钻削工艺参数对GFRP/Al叠层材料钻削轴向力和制孔表面质量的影响。使用普通硬质合金麻花钻对GFRP/Al叠... 详细信息

复合材料与金属组成的叠层结构已在航空航天领域广泛使用,然而在复合材料/金属叠层结构上钻削高质量的孔仍是一个挑战。本文旨在研究钻削工艺参数对GFRP/Al叠层材料钻削轴向力和制孔表面质量的影响。使用普通硬质合金麻花钻对GFRP/Al叠层材料进行“一次性”钻孔,并通过Kistler测力仪测量钻削轴向力。结果表明,最大钻削轴向力随每转进给量增加几乎线性增加,随主轴转速增加小幅降低。钻削工艺参数影响铝合金和GFRP制孔表面质量,高每转进给量会降低铝合金制孔出口毛刺,但是会增加GFRP制孔出口损伤;高主轴转速会增加铝合金制孔出口毛刺和GFRP制孔出口损伤。与每转进给量相比,主轴转速对铝合金和GFRP制孔质量影响更大。

关键词： GFRP/Al叠层材料钻削工艺参数钻削轴向力制孔质量复合材料

碳纤维增强复合材料倾斜螺旋铣孔出口成型及制孔质量分析

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工具技术 2024年第9期58卷 98-102页

作者：王海艳田淦陆尧东北大学秦皇岛分校控制工程学院

为了提高碳纤维增强复合材料(CFRP)制孔出口质量,结合球头铣刀几何形状和倾斜螺旋铣孔加工原理,详细分析了CFRP球头铣刀倾斜螺旋铣孔的运动学特性和CFRP倾斜螺旋铣孔时孔出口的成型过程,着重讨论了刀具切出材料过程、出口切削速度变化... 详细信息

为了提高碳纤维增强复合材料(CFRP)制孔出口质量,结合球头铣刀几何形状和倾斜螺旋铣孔加工原理,详细分析了CFRP球头铣刀倾斜螺旋铣孔的运动学特性和CFRP倾斜螺旋铣孔时孔出口的成型过程,着重讨论了刀具切出材料过程、出口切削速度变化及材料变形对孔出口质量的影响。通过开展CFRP球头铣刀倾斜螺旋铣孔实验,分析了球头铣刀倾斜角为0°~5°时孔的出口质量。结果表明,球头铣刀倾斜螺旋铣孔可以明显降低CFRP的出口毛刺和分层情况,实现CFRP低损伤制孔。

关键词：倾斜螺旋铣孔球头铣刀 CFRP 出口成型制孔质量

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GFRP材料螺旋铣孔时的制孔质量研究

工具技术 2024年第7期58卷 31-35页

作者：朴昌海金成哲王天宇刘玮沈阳理工大学机械工程学院沈阳理工大学装备工程学院

采用传统钻孔方法对GFRP(玻璃纤维增强材料)进行加工时易产生毛刺、撕裂和分层等缺陷,而螺旋铣孔方法可以有效避免这些缺陷产生。运用螺旋铣孔方法对GFRP进行制孔试验,得到切削速度、刀具公转转速、轴向进给螺距对孔壁表面粗糙度以及孔... 详细信息

采用传统钻孔方法对GFRP(玻璃纤维增强材料)进行加工时易产生毛刺、撕裂和分层等缺陷,而螺旋铣孔方法可以有效避免这些缺陷产生。运用螺旋铣孔方法对GFRP进行制孔试验,得到切削速度、刀具公转转速、轴向进给螺距对孔壁表面粗糙度以及孔径尺寸误差的影响规律,对比分析了螺旋铣孔和钻孔的孔口缺陷。试验结果表明:影响孔壁表面粗糙度的切削参数由大至小依次为切削速度>刀具公转转速>轴向进给螺距;切削速度、刀具公转转速、轴向进给螺距与孔壁表面粗糙度均呈正比关系;影响孔径尺寸误差的切削参数依次为刀具公转转速>轴向进给螺距>切削速度;螺旋铣孔的入口侧缺陷较多,钻孔时的孔口缺陷更多出现在出口侧。

关键词： GFRP(玻璃纤维增强材料) 螺旋铣孔切削参数制孔质量

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碳纤维复合材料制孔质量优化及预测研究

碳纤维复合材料制孔质量优化及预测研究

作者：张克群天津工业大学

学位级别：硕士

碳纤维复合材料(CFRP)凭借其高强度、耐腐蚀、质轻等优点而广泛应用于航天航空、轨道交通等十六个专业领域。在CFRP的二次加工中,钻削加工往往是无法避免的,但是由于CFRP的各向异性、不均质性等难加工特性,导致其在钻削过程当中经常出... 详细信息

碳纤维复合材料(CFRP)凭借其高强度、耐腐蚀、质轻等优点而广泛应用于航天航空、轨道交通等十六个专业领域。在CFRP的二次加工中,钻削加工往往是无法避免的,但是由于CFRP的各向异性、不均质性等难加工特性,导致其在钻削过程当中经常出现无法修复的加工缺陷,很大程度上影响着工件的机械性能,甚至直接导致工件报废。因此,通过改变现有工艺条件(刀具结构、工艺参数等)来优化CFRP制孔质量,并建立准确的质量预测模型,对提高CFRP工件的机械性能和生产率来说至关重要。基于此,本学位论文的主要研究内容包含以下几个部分:(1)基于层合板理论、板壳理论等原理,对三尖钻、套料钻钻削CFRP层合板时材料发生分层所需要的临界轴向力进行了建模。(2)利用响应面法建立了两种钻头工艺参数对轴向力和分层、撕裂、毛刺等缺陷因子的二次非线性回归模型,并通过模型对比分析了两种钻头工艺参数对各个响应的影响规律。而后针对CFRP在钻削过程中产生的几种加工缺陷,采用多目标优化方法给出了在所选工艺参数区间内的最优参数解。(3)为了更好的评价CFRP开孔层合板的机械性能,板材钻削后对其进行拉伸性能测试,将开孔板的拉伸极限强度作为最终质量表征方式,并探究CFRP开孔层合板剩余力学强度的影响因素及规律。(4)为了降低废品率、实现CFRP制孔质量的实时监测与控制,采用粒子群算法优化的径向基神经网络模型(PSO-RBF)对CFRP层合板钻削过程中产生的毛刺、撕裂、分层等缺陷和开孔板拉伸极限强度进行了预测,并将其与标准径向基神经网络预测模型(RBF)进行了精度对比。

关键词：碳纤维复合材料制孔质量三尖钻电镀金刚石套料钻粒子群优化算法径向基神经网络

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制孔多功能末端执行器研制及制孔质量研究

制孔多功能末端执行器研制及制孔质量研究

作者：王笑时大连理工大学

学位级别：硕士

针对民机机身、机翼等大部件的自动化制孔需求,结合爬行机器人制孔系统轻量化、模块化的设计需要,通过解决总体布局、优化设计以及集成控制等技术问题,研制出一种小型化、轻量化的制孔多功能末端执行器,满足飞机制造业装配孔的加工需求... 详细信息

针对民机机身、机翼等大部件的自动化制孔需求,结合爬行机器人制孔系统轻量化、模块化的设计需要,通过解决总体布局、优化设计以及集成控制等技术问题,研制出一种小型化、轻量化的制孔多功能末端执行器,满足飞机制造业装配孔的加工需求。进行了制孔多功能末端执行器关键设计参数的研究。根据飞机装配制孔工艺特点和爬行机器人制孔系统对工件类型、制孔孔径、加工效率等技术指标的要求,进行了铝合金构件制孔质量控制方法研究。开展钻削制孔试验,获得了加工参数对制孔孔径、孔壁粗糙度、出口毛刺高度以及轴向力的影响规律,优化加工参数,提高制孔质量,并为末端执行器的结构设计提供参数依据。进行了制孔多功能末端执行器的结构设计。结合爬行机器人制孔系统特点和装配孔加工工艺要求,分析功能需求,划分设计模块,开展末端执行器设计制造技术研究。进行末端执行器小型化、轻量化设计,完成末端执行器关键零部件校核,成功研制了一台制孔多功能末端执行器样机。研制的末端执行器能够实现制孔、锪窝、预紧、基准检测、法向测量、自动换刀等功能。进行了制孔多功能末端执行器控制系统的搭建。对爬行机器人制孔系统工作流程、末端执行器制孔流程以及各辅助功能工作流程进行了分析,对末端执行器总体控制系统原理架构以及各模块内部控制架构进行设计,确定了各功能的控制实现方法,完成了硬件系统的选型,成功搭建末端执行器控制系统,实现了对末端执行器的有效控制,并对制孔精度的控制方法进行了研究。进行了制孔多功能末端执行器样机使用性能的验证。研制试验测试专用工装,搭建试验平台,对末端执行器的各项性能指标,包括主轴径向跳动、进给定位精度、质量、体积等进行检测。开展制孔质量验证试验,对试验数据进行处理分析得出结论:研制的制孔多功能末端执行器能够满足飞机制造业对装配孔制孔精度质量的要求。本文研制的制孔多功能末端执行器满足爬行机器人制孔系统的各项技术指标要求,适应我国飞机制造业的实际情况,对提高飞机的安全性,降低研制周期,促进我国航空工业的发展具有重要意义。

关键词：飞机装配制孔质量末端执行器结构设计

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基于飞秒激光的CFRP制孔质量研究

基于飞秒激光的CFRP制孔质量研究

作者：贺龙宇天津工业大学

学位级别：硕士

碳纤维复合材料是一种新型多功能特种工程材料,目前在民用和军工领域应用极为广泛,尤其是在航空航天领域有巨大的应用价值。但是由于碳纤维复合材料硬度大、难加工的特点,传统刀具加工不能满足精细加工,致使加工的零件存在较大缺陷。考... 详细信息

碳纤维复合材料是一种新型多功能特种工程材料,目前在民用和军工领域应用极为广泛,尤其是在航空航天领域有巨大的应用价值。但是由于碳纤维复合材料硬度大、难加工的特点,传统刀具加工不能满足精细加工,致使加工的零件存在较大缺陷。考虑到飞秒激光在精细加工中的优势,本文将飞秒激光应用到碳纤维复合材料的制孔加工。应用数值分析、数学建模、实验研究等方法,探索激光与碳纤维复合材料相互作用机理及加工工艺。本文主要研究内容如下:(1)分析了飞秒激光与金属和非金属相互作用的作用机理,基于简化的双温方程,利用有限差分法对飞秒激光与材料相互作用的过程进行了数值模拟,分析了单脉冲能量、声电耦合系数、入射激光脉冲宽度、材料表面反射率对烧蚀过程中物质表层电子、晶格温度的变化规律。(2)设计飞秒激光烧蚀实验,结合理论关系推导和烧蚀形貌SEM图,观测CFRP随激光功率变化的烧蚀过程,发现了选择性烧蚀的烧蚀规律,并分别求解了环氧树脂基体和碳纤维增强项的烧蚀阈值。分析了多脉冲激光烧蚀的累积效应对烧蚀阈值的影响,阐明了烧蚀阈值波动的原因。(3)对飞秒激光切割CFRP过程进行分析,首先通过能量守恒定律建立了激光切割的数学模型,并通过实验数据对模型进行修正;然后在数学几何角度对切缝粗糙度进行数学模型的建立,通过提高激光重复频率可以消除内、外圆弧切向粗糙度差异;最后通过实验分析了纤维排布方向、激光功率、切割速度、切割循环次数对切割热影响区的影响规律,在激光功率为200mW、切割速度2mm/s、重复次数为5次时,热影响区宽度为5μm,切割深度约为220μm,此时既能保证低热影响区宽度,又能得到较深的切割深度。(4)通过飞秒激光CFRP制孔实验,分析了激光功率、切割速度、单层扫描次数、焦点离焦量、焦点进给量对孔的直径偏差、圆度和粗糙度的影响规律,在较低的激光功率、单层扫描次数为3次、离焦量为0、低于理论切割深度的进给量时,既可以保证孔的尺寸精度和圆度,也可以保证较低的孔壁粗糙度。孔径公差等级达到IT4～IT5级,轴向粗糙度保证在2μm以下。

关键词：飞秒激光碳纤维复合材料烧蚀阈值数学模型制孔质量