低频振动钻削cfrp钛合金叠层材料试验研究

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1、２０１８年第５２卷Ｎｏ．７３９低频振动钻削ＣＦＲＰ／钛合金叠层材料试验研究唐文亮，陈燕，杨浩骏，王华，姚琦威江苏省精密与微细制造技术重点实验室；南京航空航天大学摘要：在叠层材料一体化制孔过程中，ＣＦＲＰ制孔质量极易受到钛合金切屑排出的影响，出现入口撕裂、孔径超差等加工缺陷。为了提高叠层材料的制孔质量，本文分析了振动钻削的运动学特征，确定了理论最小断屑振幅，通过低频振动钻削和传统钻削叠层材料的对比试验重点探讨了不同振幅参数对切削力、切削温度以及制孔质量的影响。结果表明：随着振幅增大，钻削平均轴向力小幅下降，最大轴向力呈现上升趋势；当振幅大于最小断屑

2、振幅时，低频振动钻削在实现有效断屑排屑的同时能够显著降低切削温度，提高孔壁质量和孔径精度；ＣＦＲＰ入口撕裂受振幅的影响最为明显，加工振幅过大会导致入口撕裂的扩大；当振幅为３０μｍ时，入口撕裂区域最小，孔壁粗糙度达到Ｒａ２．１６μｍ，叠层材料总体制孔质量最好，切削温度同时降低了２０．８％。关键词：ＣＦＲＰ；振动钻削；叠层材料；加工质量中图分类号：ＴＧ５０６．７；ＴＨ１６１文献标志码：ＡＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆＬｏｗＦｒｅｑｕｅｎｃｙＶｉｂｒａｔｉｏｎＡｓｓｉｓｔｅｄＤｒｉｌｌｉｎｇｏｆＣＦＲＰ／Ｔｉ６Ａｌ４ＶＳｔａｃｋＭａｔｅｒｉａ

3、ｌｓＴａｎｇＷｅｎｌｉａｎｇ，ＣｈｅｎＹａｎ，ＹａｎｇＨａｏｊｕｎ，ＷａｎｇＨｕａ，ＹａｏＱｉｗｅｉＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｉｎｇｌｅｓｈｏｔｄｒｉｌｌｉｎｇｏｆｃｏｍｐｏｕｎｄｓｔａｃｋｓ，ｓｏｍｅｄｅｆｅｃｔｓｌｉｋｅｅｎｔｒａｎｃｅｓｐａｌｌｉｎｇａｎｄｈｏｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｕｔｏｆｔｏｌｅｒａｎｃｅａｒｅｅａｓｉｌｙｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｅｖａｃｕａｔｉｏｎｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｃｈｉｐｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃｈｉｐｂｒｅａｋｉｎｇｌｉｍｉｔｉｓｄｅｄｕｃｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔ

4、ｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｄｒｉｌｌｉｎｇｆｉｒｓｔｌｙ．Ｔｈｅｎ，ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｈｏｌｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｔａｃｋｓ，ａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｔｅｓｔｂｅｔｗｅｅｎｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖｉｂｒａｔｉｏｎａｓｓｉｓｔｅｄｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｉｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｍｐｌｉｔｕｄｅｓｏｎｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅ，ｃｕｔｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｏｌｅｑｕａｌｉｔｙａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ

5、ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｖｅｒａｇｅａｘｉａｌｆｏｒｃｅｄｅｃｒｅａｓｅｓｓｌｉｇｈｔｌｙａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍａｘｉａｌｆｏｒｃｅｔｅｎｄｓｔｏｒｉｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｍｐｌｉｔｕｄｅ．Ｉｆｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｉｓｓｅｔｓｕｐｅｒｉｏｒｔｏｔｈｅｌｉｍｉｔ，ｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖｉｂｒａｔｉｏｎｄｒｉｌｌｉｎｇｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｈｏｌｅｗａｌｌｑｕａｌｉｔｙａｎｄｈｏｌｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔ

6、ｉｖｅｌｙ．ＣＦＲＰｅｎｔｒａｎｃｅｓｐａｌｌｉｎｇｉｓｍｏｓｔａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｅｘｃｅｓｓｉｖｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｗｉｌｌｌｅａｄｔｏｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｄａｍａｇｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｉｓ３０μｍ，ｔｈｅｓｍａｌｌｅｓｔｅｎｔｒａｎｃｅｓｐａｌｌｉｎｇｚｏｎｅ，ｌｏｗｅｒａｖｅｒａｇｅｈｏｌｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓ（Ｒａ２．１６μｍ）ａｎｄｔｈｅｂｅｓｔｏｖｅｒａｌｌｑｕａｌｉｔｙｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｍｅａｎｔｉｍｅ，ｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ

7、ｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙ２０．８％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＦＲＰ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｓｓｉｓｔｅｄｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｓｔａｃｋｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｍａｃｈｉｎｉｎｇｑｕａｌｉｔｙ于装配连接的稳定性。由于机械连接具有良好的抗!引言疲劳性和导电性、便于检测和拆装维护等优点，以铆随着我国航空航天事业的快速发展，轻量化及钉和螺栓为代表的机械连接已成为航空制造工业中耐久性已成为新一代飞机发展的方向。以ＣＦＲＰ为最主要的飞机复合材料结构件连接方式。为了提高代表的高性能复合材料具有高比强度、高比模量、结叠层材料装配的位置精度，在加工紧固件孔时，通常［３］构设计

8、灵活等诸多优点，在降低机体结构重量的同采用一次性装配制孔。但是由于两种材料在自［１］时，还能有效提高零件的疲劳寿命。钛合金比强身材料性质