C-E復合材料螺旋銑孔加工試驗研究.pdf

1、碳纖維/環(huán)氧樹脂（Carbon/epoxy, C/E）復合材料比重小、剛性好、強度高，同時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，例如制作飛機機身、機翼、垂尾等。在飛機裝配過程中，需要加工大量的連接孔。由于C/E復合材料自身結(jié)構(gòu)特點，在傳統(tǒng)鉆孔過程中，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重，制孔工藝繁瑣，生產(chǎn)效率低等問題。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、小復合材料制孔過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C/E復合材料螺旋銑孔加工過程中的切削力和加工損傷進行了研究，主要內(nèi)容如下：
　　根據(jù)螺旋銑孔加工運動學原理，對刀具側(cè)刃和端刃的未變形切屑形狀進行了分析，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加工試驗，對側(cè)刃和端刃切削力系數(shù)進行了標定?？紤]復合材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析了工件在加工過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，對端刃的軸向力模型進行了改進，并通過試驗進行了系數(shù)標定。經(jīng)試驗驗證，切削力模型能夠較準確的對C/E復合材料螺旋銑孔加工過程中的徑向、軸向切削力進行預測。
　　研究了刀具幾何參數(shù)對C/E復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行C/E復合材料螺旋銑孔加工試驗；通過光學顯微鏡對加工孔出入口損傷區(qū)域進行觀測，選取適當?shù)脑u價方法對毛刺、撕裂和分層損傷進行了評價和比較。結(jié)合螺旋銑孔加工

4、運動學原理，分析了刀具形狀對加工損傷的影響規(guī)律，并對刀具側(cè)刃和端刃的磨損情況進行了分析。
　　研究了刀具中心的運動速度，運動軌跡以及切削速度對C/E復合材料螺旋銑孔加工切削力和加工損傷的影響。分別改變加工過程中的進給速度、軸向每轉(zhuǎn)切深和主軸轉(zhuǎn)速，進行螺旋銑孔加工試驗，對加工過程中的切削力進行了測量，分析了加工參數(shù)對切削力大小的影響。對出入口的毛刺、撕裂和分層損傷進行了測量和評價，結(jié)合切削力的大小分析了加工參數(shù)對孔出入口加工損傷的影