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CFRP/TC4叠层材料低频振动钻削试验研究

黄志平  钟蠡  黄新字  秦林新  
【摘要】:碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)是十种各向异性材料,具有轻质,高强等优点可以在很大程发上降低结构部件质量,提高飞机的来活性,从面能使飞机发挥出优异的性能。钛合全金比强度大、耐腐蚀,在高温下仍能保持良好的物理力学性能,在减轻结构质量,提升飞机稳定性,以及航空航天装备的安全性方面有极其重的作用。因此CFRP和钛合金材料在飞机上占的比重越来越大,如何将这两种难加工材料在保证不降低结构强度的情况下,紧密而又精确地连接在一起。一方面由于CFRP和钛合金的加工性能差异很大,如何使用一组参数连续切削两层性能迥异的材料将是一个难题;另一方面孔加工属于半封闭加工,切削热难以排出,温度非常高的金属切削排出时易损伤复合材料已加工表面。除了制孔质量问题,CFRP材料的硬度很高(HRC=70~90),钻削这种材料时钻头的磨损非常大,刀具寿命短也是钻削叠层材料需要解决的问题。低频切削辅助切削技术是在传统切削的基础上给刀具加上有规律可控的振动,从而减小切削力、提高加工精度、延长刀具寿命。因此,将低频振动辅助切削技术应用到CFRP/钛合金叠层材料制孔中来,在孔径、孔壁粗糙度、入口质量等制孔质量方面与传统钻削进行对比试验研究。结果表明,振动钻削在制孔质量上具有明显的优势,且研究发现振幅对CFRP孔壁形貌、叠层材料孔径、CFRP入口质量的形成有一定影响。分析了振动加工的机理,并通过设置对比试验,研究了传统钻削和振动钻削两种加工方式下的CFRP/TC4叠层材料的制孔质量,得出以下结论:(1)振动钻削是在传统钻削的基础上给刀具在轴向加上有规律可控的振动,并可通过频转比来调整振动频率;(2)在CFRP/TC4叠层材料的制孔质量方面,振动切削在CFRP孔壁形貌、叠层材料孔径、CFRP入口质量等均优于传统轻削。

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