C-E復(fù)合材料螺旋銑孔加工試驗(yàn)研究.pdf

1、碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂（Carbon/epoxy, C/E）復(fù)合材料比重小、剛性好、強(qiáng)度高，同時(shí)具有良好的抗疲勞性能和耐腐蝕性能，因而被廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)中，例如制作飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、垂尾等。在飛機(jī)裝配過(guò)程中，需要加工大量的連接孔。由于C/E復(fù)合材料自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在傳統(tǒng)鉆孔過(guò)程中，容易產(chǎn)生各種加工缺陷，從而影響材料的使用性能和壽命，此外還存在刀具磨損嚴(yán)重，制孔工藝繁瑣，生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。螺旋銑孔是航空航天領(lǐng)域新出現(xiàn)的制孔技術(shù)，由于能夠大幅減

2、小復(fù)合材料制孔過(guò)程中的軸向切削力并降低切削區(qū)溫度，從而有效提高加工質(zhì)量和刀具壽命。本文主要針對(duì)C/E復(fù)合材料螺旋銑孔加工過(guò)程中的切削力和加工損傷進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下：
　　根據(jù)螺旋銑孔加工運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，對(duì)刀具側(cè)刃和端刃的未變形切屑形狀進(jìn)行了分析，從微元切削的角度建立了螺旋銑孔加工切削力模型并通過(guò)加工試驗(yàn)，對(duì)側(cè)刃和端刃切削力系數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定?？紤]復(fù)合材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析了工件在加工過(guò)程中的受力變形以及引起的端刃切削層厚度變化情況；基于

3、彈性地基梁模型，對(duì)端刃的軸向力模型進(jìn)行了改進(jìn)，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了系數(shù)標(biāo)定。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，切削力模型能夠較準(zhǔn)確的對(duì)C/E復(fù)合材料螺旋銑孔加工過(guò)程中的徑向、軸向切削力進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　研究了刀具幾何參數(shù)對(duì)C/E復(fù)合材料螺旋銑孔加工損傷的影響規(guī)律。選用不同形狀的平頭型立銑刀和圓弧角型立銑刀進(jìn)行C/E復(fù)合材料螺旋銑孔加工試驗(yàn)；通過(guò)光學(xué)顯微鏡對(duì)加工孔出入口損傷區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，選取適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法對(duì)毛刺、撕裂和分層損傷進(jìn)行了評(píng)價(jià)和比較。結(jié)合螺旋銑孔加工

4、運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，分析了刀具形狀對(duì)加工損傷的影響規(guī)律，并對(duì)刀具側(cè)刃和端刃的磨損情況進(jìn)行了分析。
　　研究了刀具中心的運(yùn)動(dòng)速度，運(yùn)動(dòng)軌跡以及切削速度對(duì)C/E復(fù)合材料螺旋銑孔加工切削力和加工損傷的影響。分別改變加工過(guò)程中的進(jìn)給速度、軸向每轉(zhuǎn)切深和主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)行螺旋銑孔加工試驗(yàn)，對(duì)加工過(guò)程中的切削力進(jìn)行了測(cè)量，分析了加工參數(shù)對(duì)切削力大小的影響。對(duì)出入口的毛刺、撕裂和分層損傷進(jìn)行了測(cè)量和評(píng)價(jià)，結(jié)合切削力的大小分析了加工參數(shù)對(duì)孔出入口加工損傷的影