旋转超声钻削碳纤维复合材料钻削力和扭矩的研究

《旋转超声钻削碳纤维复合材料钻削力和扭矩的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、复合材料加工PROCESSINGFORCOMPOSITES旋转超声钻削碳纤维复合材料*钻削力和扭矩的研究1,21,21,2袁松梅，宋衡，路宜霖（1.北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191;2.北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心，北京100191）[摘要]针对碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）加工过程中的问题，对金刚石套料钻旋转超声钻削CFRP-T700型复合材料展开了研究。研究发现，钻削力随主轴转速的增加具有减小的趋势，而扭矩则随着主轴转速的增加，呈现增大的趋势；与传统加工相比，旋转超声振动钻削可

2、降低切削力及扭矩达56.6%和39.1%，有效抑制加工缺陷的产生。初步建立了切削力和扭矩之间的数学模型，并通过试验对切削力和扭矩之间的比例常数k加以验证。研究结果表明，旋转超声钻削CFRP在降低切削力和扭矩方面有较大优势。关键词：碳纤维增强树脂基复合材料；超声振动钻削；金刚石套料钻；钻削力；扭矩；加工参数DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2017.16.096碳纤维作为新型增强材料，是当前，飞机装配连接通常有机一种由片状石墨微晶等有机纤维沿械连接、胶接和机械连接／胶接混纤维轴向堆砌而成，经碳化及石墨杂连接

3、3种形式。由于机械连接具化处理而得到的微晶石墨材料。其有抗疲劳性良好、便于检测和拆装抗拉强度约为2000~7000MPa，拉维护等优点，以铆钉和螺栓为代表伸模量约为200~700GPa，密度仅为的机械连接已成为航空制造工业中31.5~2.0g/cm，具有较好的耐腐蚀性。最主要的结构件连接方式，因此复碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon合材料孔加工技术在航空航天等fiberreinforcedplastics,CFRP）是由领域起着至关重要的作用。由于树脂基体与碳纤维材料组合而成，具CFRP材料的层间结合强度低、各有比强度高、比

4、模量高、耐腐蚀性好、向异性、材料硬度高、导热性差等特耐疲劳、阻尼减震性好等优势，在航性，在制孔过程中易产生毛刺、纤维袁松梅空航天、建筑、机械、汽车、能源、化撕裂、孔壁分层等加工缺陷，严重影教授,博士研究生导师,主要研究工、造船、生物工程、医疗器械和体育响了连接结构的强度和疲劳寿命。方向为先进制造（超声加工、超高压水[1]器材等领域的应用日益广泛。世为解决CFRP孔加工过程中存在的射流加工、复合材料加工、绿色加工）、界各国的战机对CFRP使用尤为突种种问题，国内外学者展开了深入医工结合、智能微小型执行器等。发表论文90余篇,其中S

5、CI收录论文16篇,出，法国“阵风”战机CFRP用量达的研究。已授权发明专利22项,申请国际PCT[2]到24%，美国空军F-22“猛禽”战机2009年，Rawat等研究了硬专利1项。CFRP材料使用量达到了35%，英国质合金刀具钻削CFRP时的失效形战机“台风”（EP2000）CFRP用量式，发现钻头主切削刃后刀面磨损*基金项目：国家973计划项目（2014CB046504）。约为40%。是最主要的磨损形式，并揭示了刀96航空制造技术·2017年第16期复合材料加工PROCESSINGFORCOMPOSITES具磨损与切削力及

6、表面质量的关进行了CFRP制孔试验，并结合相关有效控制钻削过程中的钻削力及扭[3]系。2011年，Liu等对CFRP型试验分析各加工参数对制孔过程中矩对减少CFRP孔加工缺陷至关重复合材料旋转超声椭圆振动加工钻削力及扭矩的影响情况。结果表要。展开了可行性研究，发现与常规钻明：相比于传统的金刚石套料钻加2旋转超声加工材料去除机理削相比，旋转超声椭圆振动加工的工，旋转超声振动钻削CFRP在降低采用金刚石磨粒刀具的旋转超加工精度与加工质量更好，并可有钻削力和扭矩、提高进出口质量方声加工材料去除的机理是基于赫兹效降低刀具磨损、减少加工缺

7、陷。面具有显著的效果。接触理论和压入深度理论。根据该[4][12]2011年，贺虎采用整体硬质合金理论可知材料的去除过程，如图超声振动制孔机理[13]钻头和钎焊金刚石套料钻进行对2所示。比，分析了钻削参数对钻削力的影1CFRP钻削加工缺陷形成原因（1）金刚石磨粒压入工件，产生响，通过对比钻削力及刀具磨损情CFRP孔加工的过程中，由于树一个塑性变形区；况得出套料钻更适合加工CFRP。脂基体与碳纤维增强材料的力学性（2）金刚石磨粒继续压入，塑性[5]2011年，Lazar等研究了锥面能差异巨大，导致大部分的载荷由碳变形区的正下方产生

8、中央裂纹；直槽钻、八面钻、普通双面钻钻削纤维承担，材料去除过程大致经历基（3）磨粒压入深度进一步增大，CFRP，研究表明钻尖形式对钻削力体损伤、开裂、碳纤维与基体脱离、碳中央裂纹扩张；和扭矩有较大的影响，其中八面钻纤维断裂等过程。根据断裂力学，按（4）金刚石磨粒