薄板钻加工碳纤维复合材料仿真研究

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1、2013年12月机床与液压Dec．20l3第4l卷第23期MACHINET00L&HYDRAULICSVo1．41No．23DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．23．033薄板钻加工碳纤维复合材料仿真研究王明海，孙国强(沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，辽宁沈阳110136)摘要：针对碳纤维复合材料的制孔难加工性，提出采用薄板钻加工复合材料。通过建立碳纤维复合材料制孔加工有限元分析模型，对比分析了两种钻头在不同工艺参数下的加工质量，研究了钻头形状和工艺参数对碳纤维复合材料制孔加工质量的影响。研究结果表明

2、：在相同的工艺参数下，薄板钻加工碳纤维复合材料产生的最大破坏半径小，加工质量优于普通麻花钻，更适合钻削加工碳纤维复合材料；工艺参数对复合材料制孔加工质量影响显著，高转速、低进给有利于钻削加工质量的提高。关键词：碳纤维复合材料；薄板钻；最大破坏半径；有限元分析；加工质量中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)23—120—5StudyonFiniteElementAnalysisofEfectsofCoreDrillonDrillingCFRPWANGMinghai．SUNGuoqiang(KeyLaboratoryof

3、FundamentalScienceforNationalDefenseofAeronauticalDigitalManufacturingProcess，ShenyangAerospaceUniversity，ShenyangLiaoning110136，China)Abstract：AimingatthepoorprocessingqualityofCFRP，coredrillwasemployedindrillingCFRP．Throughestablishingthefi—niteelementanalysismodel，theprocessin

4、gqualitiesoftwodifferenttypesofdrillsindifferentparameterswerecomparativelyanalyzedforstudyingdrillingCFRP．TheeffectsofdrillgeometryandprocessingparametersondrillingqualityofCFRPwereresearched．Theresultsshowthattheprocessingqualityofcoredrillisbetterthanthatoftwistdrill；thedamage

5、areaofcoredrilldrillingissmallerthanthatoftwistdrill；coredrillismoresuitablefordrillingCFRP．TheimpactofprocessingparametersontheprocessingqualityofCFRPisnotable．Itisshownthathigherspindlespeedandlowerfeedratearebenefittoimprovetheprocessingquality．Keywords：CFRP；Coredrill；Worstdam

6、ageradius；Finiteelementanalysis；Processingquality碳纤维复合材料因具有高比强度、高比刚度以及要集中在刀具材料、几何参数和工艺参数对加工质量耐腐蚀等特点已经越来越多地应用于航空航天领域，的影响，并通过测量加工过程中产生的最大钻削轴向如波音767外表面的30％左右都是由复合材料构成，力或扭矩来预测加工质量的优劣，并通过分层因子进而碳纤维复合材料的使用也逐渐从非承力件过渡到主行评价。对薄板钻加工碳纤维复合材料和加工出承力件。随着碳纤维复合材料机械连接使用的13益广口最大破坏半径的研究很少。文中通过有限元分析的泛，

7、其二次加工越来越多。在所有碳纤维复合材料的方法对钻削碳纤维复合材料的加工质量进行研究，通机械加工中，制孔加工的应用最为广泛，常被用来和过对比薄板钻和普通麻花钻的加工质量，分析钻头形其他工件进行装配。状和工艺参数对加工质量的影响，评价指标为加工出碳纤维复合材料是典型的难加工材料，在对其进口最大破坏半径。行制孔加工过程中，常出现分层、撕裂、毛刺等加工1材料模型的建立问题，加工质量难以保证。在复合材料的应用领域，1．1分析模型的建立材料孔出口分层被认为是影响材料应用的主要因素。国内外研究学者发现钻削轴向力对加工质量的影分层区域的大小被证明与钻削轴向力有密切的关

8、系，响很大，是直接引起分层等破坏的主要因素。针对薄并存在临界轴向力使得材料制孔加