CFRP/钛合金叠层板钻孔刀具研究进展 被引量：4

1

作者 赵永锋 李鹏南 +4 位作者 李树健 邱新义 邹适 李常平 牛秋林 《工具技术》 北大核心 2021年第2期3-8,共6页

CFRP/钛合金叠层结构材料具有轻质高强、能承受极端热力载荷等优点,广泛应用于航天航空关键承重部件的制造。在钻削加工CFRP/钛合金叠层结构时,由于CFRP相和钛合金相具有不同的性能特征,导致刀具的磨损行为迥异,从而对CFRP/钛合金叠层... CFRP/钛合金叠层结构材料具有轻质高强、能承受极端热力载荷等优点,广泛应用于航天航空关键承重部件的制造。在钻削加工CFRP/钛合金叠层结构时,由于CFRP相和钛合金相具有不同的性能特征,导致刀具的磨损行为迥异,从而对CFRP/钛合金叠层结构的钻孔精度及孔壁质量造成严重影响。为此,探究CFRP/钛合金叠层结构钻削时的刀具作用机理和开发理想的加工刀具,对确保CFRP/钛合金叠层结构高品质制孔具有重要意义。针对CFRP/钛合金叠层结构钻削时存在的刀具磨损快、制孔质量差等问题,从刀具基体材料、刀具涂层材料和刀具结构三个方面,对CFRP/钛合金叠层结构制孔损伤控制中的刀具开发与应用现状进行了综述,并对相关研究中存在的不足和研究趋势进行了分析和探讨。 展开更多

关键词 cfrp/钛合金叠层 制孔刀具 刀具磨损 研究现状

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纵向超声振动钻削CFRP/钛合金叠层材料的动态冲击效应分析 被引量：5

2

作者 王东 焦锋 +1 位作者 张世杰 李远霄 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第17期47-56,共10页

为了研究纵向超声振动钻削CFRP/钛合金叠层板的动态冲击效应,将钻头视为一端固定、一端自由的等直径弹性直杆,把刀具-工件系统简化为以超声振动为激励的基础振动系统,建立动力学模型,并通过钻削试验验证了模型的可靠性和实用性。研究结... 为了研究纵向超声振动钻削CFRP/钛合金叠层板的动态冲击效应,将钻头视为一端固定、一端自由的等直径弹性直杆,把刀具-工件系统简化为以超声振动为激励的基础振动系统,建立动力学模型,并通过钻削试验验证了模型的可靠性和实用性。研究结果表明,超声振动产生的动态冲击力幅值,取决于钻头的几何参数和悬伸长度、超声振动的振幅和频率,以及被加工材料的力学特性,与钻削用量(每转进给量和主轴转速)无关;动态冲击力幅值的大小与超声振动的振幅成线性关系,超声振动频率的影响较为微弱;动态冲击力幅值的大小与钻头直径近似为线性关系,与钻头的悬伸长度成非线性关系;超声振动的振幅增大,或钻头直径和悬伸长度增大,都会使动态冲击力幅值增加;加工中的实际动态冲击力的大小与被加工材料的弹性模量和刚性有关,弹性模量和刚性高时,实际动态冲击力也大。这种研究方法和结论对超声振动钻削冲击效应的定量分析和超声振动钻削技术的推广应用提供了参考。 展开更多

关键词 纵向超声振动 冲击效应 振动钻削 轴向力 cfrp/钛合金叠层板

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碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术 被引量：12

3

作者 侯书军 高晓星 +2 位作者 李慨 裴腾飞 曲云霞 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期295-301,共7页

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材... 碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料/钛合金叠层板 旋转超声 低频振动

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CFRP/钛合金叠层构件陀螺铣孔方法 被引量：6

4

作者 高延峰 方向恩 +1 位作者 熊俊 肖建华 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期851-861,共11页

陀螺铣孔方法在普通螺旋铣孔的基础上,通过将铣刀倾斜一定的角度,使其在自转的同时围绕孔中心轴线做圆锥摆动式公转,以减少轴向力、提高制孔质量。利用陀螺铣孔方法对碳纤维增强复合材料(CFRP)/钛合金叠层构件进行制孔,分析了陀螺铣孔... 陀螺铣孔方法在普通螺旋铣孔的基础上,通过将铣刀倾斜一定的角度,使其在自转的同时围绕孔中心轴线做圆锥摆动式公转,以减少轴向力、提高制孔质量。利用陀螺铣孔方法对碳纤维增强复合材料(CFRP)/钛合金叠层构件进行制孔,分析了陀螺铣孔方法下制孔入口和出口阶段的材料去除速率、刀具侧刃和底刃的切削比例、底刃速度零点等。与普通螺旋铣孔相比,陀螺铣孔方法不会引起制孔入口和出口阶段材料去除速率的突变、其侧刃和底刃切削比例变大、底刃速度零点不进行切削。通过试验研究了制孔轴向力、切削温度的变化情况,发现陀螺铣孔方法可显著减小轴向力和切削温度。利用扫描电镜(SEM)对孔壁的表面质量进行了观测,发现陀螺铣孔方法可以消除CFRP孔入口部位的分层现象,且CFRP和钛合金材料的过渡部位也未产生明显的损伤。研究结果表明,陀螺铣孔方法有助于提高CFRP/钛合金叠层构件的制孔质量,具有潜在的工业应用价值. 展开更多

关键词 叠层构件 碳纤维增强复合材料(cfrp) 钛合金 螺旋铣孔 陀螺铣孔

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CFRP/钛合金叠层构件低温钻削的轴向力与成孔质量研究 被引量：13

5

作者 刘书暖 夏文强 +2 位作者 王宁 刘永强 叶忠义 《航空制造技术》 2019年第13期82-86,共5页

CFRP和钛合金叠层构件以其优异的性能广泛应用于航空、航天、汽车等领域。二者由于材料加工特性的差异,需要采用不同的钻削工艺参数才能获得满意的加工质量。为保证孔同轴度和加工效率,通常采用同一参数一体钻孔。一体钻孔会导致孔的界... CFRP和钛合金叠层构件以其优异的性能广泛应用于航空、航天、汽车等领域。二者由于材料加工特性的差异,需要采用不同的钻削工艺参数才能获得满意的加工质量。为保证孔同轴度和加工效率,通常采用同一参数一体钻孔。一体钻孔会导致孔的界面烧伤、复材表面划伤、孔径一致性差等问题。为解决上述问题,提出一种低温钻孔工艺,通过钻削试验,研究低温条件下CFRP/钛合金叠层构件钻孔的轴向力、孔径一致性和表面质量。试验表明,低温条件下CFRP/钛合金叠层构件钻孔的轴向力增加,孔径一致性和表面质量均得到改善,证明了低温下CFRP/钛合金叠层构件一体钻孔的可行性。 展开更多

关键词 cfrp/钛合金叠层 低温 钻孔轴向力 加工质量

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CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的现状与展望 被引量：15

6

作者 焦锋 王东 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期6-15,共10页

综述了近年来国内外对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的研究进展,重点介绍了传统方法钻削CFRP/钛合金叠层材料过程中轴向力和扭矩、钻削温度的测量方法,轴向力和扭矩的变化规律,以及刀具磨损、加工损伤与钻削工艺的关系;对螺旋铣孔、低频... 综述了近年来国内外对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的研究进展,重点介绍了传统方法钻削CFRP/钛合金叠层材料过程中轴向力和扭矩、钻削温度的测量方法,轴向力和扭矩的变化规律,以及刀具磨损、加工损伤与钻削工艺的关系;对螺旋铣孔、低频振动钻孔和超声辅助振动钻孔的实现方法、运动特点和加工质量进行了分析总结,并对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的应用和研究动向进行了探讨。 展开更多

关键词 cfrp/钛合金叠层材料 钻削 螺旋铣孔 超声辅助振动钻孔

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阶梯钻钻削碳纤维复合材料-钛合金叠层板刀具磨损试验研究 被引量：6

7

作者 冷小龙 李鹏南 +2 位作者 邱新义 牛秋林 李常平 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期86-90,共5页

采用自主磨制的阶梯钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削磨损试验,并与普通麻花钻进行对比,分析了阶梯钻刀具磨损过程。实验结果表明:阶梯钻主要磨损区域为横刃、第一后刀面和第二后刀面,其中第二后刀面磨损最为严重,相比普通麻花... 采用自主磨制的阶梯钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削磨损试验,并与普通麻花钻进行对比,分析了阶梯钻刀具磨损过程。实验结果表明:阶梯钻主要磨损区域为横刃、第一后刀面和第二后刀面,其中第二后刀面磨损最为严重,相比普通麻花钻,阶梯钻产生的钻削力更小,阶梯钻刀具寿命远远高于普通麻花钻。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料/钛合金叠层板 阶梯钻 刀具磨损 孔质量

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CFRP/钛合金叠层构件制孔孔径分布规律研究 被引量：6

8

作者 栾皓童 王奔 +3 位作者 徐勇增 张序墉 印文典 马振博 《工具技术》 北大核心 2017年第2期46-49,共4页

为了研究CFRP/钛合金叠层构件一体化制孔加工后的孔径几何精度变化规律及主要影响因素,在CFRP/钛合金制孔基础上,利用三坐标测量机对孔径几何精度进行检测,并分别对单个孔及系列孔的孔径几何精度进行分析,得到孔径几何精度的变化规律及... 为了研究CFRP/钛合金叠层构件一体化制孔加工后的孔径几何精度变化规律及主要影响因素,在CFRP/钛合金制孔基础上,利用三坐标测量机对孔径几何精度进行检测,并分别对单个孔及系列孔的孔径几何精度进行分析,得到孔径几何精度的变化规律及主要影响因素。结果表明:叠层材料制孔加工过程中材料加工性能的巨大差异,使加工至材料界面时产生的切削振动较大,是影响CFRP与钛合金孔径几何精度的主要因素,且对CFRP孔径影响较大,对钛合金孔径影响较小。 展开更多

关键词 叠层材料 制孔 孔径 几何精度 cfrp 钛合金

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CFRP/钛合金叠层结构变参数螺旋铣孔界面加工特性研究 被引量：1

9

作者 余晖 马利杰 +3 位作者 毛信辉 马尊严 逄明华 王占奎 《制造技术与机床》 北大核心 2023年第8期70-78,共9页

螺旋铣孔是CFRP/钛合金叠层结构件的常用制孔技术,然而两材料切削性能的差异使单一参数下的内孔加工质量难以保证。围绕CFRP/钛合金叠层结构一体化精密制孔的现实需求,设计了变参数螺旋铣孔方案;通过对界面过渡轴向力、界面加工质量和... 螺旋铣孔是CFRP/钛合金叠层结构件的常用制孔技术,然而两材料切削性能的差异使单一参数下的内孔加工质量难以保证。围绕CFRP/钛合金叠层结构一体化精密制孔的现实需求,设计了变参数螺旋铣孔方案;通过对界面过渡轴向力、界面加工质量和界面处孔径的分析,研究了叠层制孔顺序和变参数位置对界面加工特征的影响规律。结果表明:叠层制孔顺序对界面过渡轴向力、界面加工质量和界面处内孔精度都有显著的影响,而变参数位置的影响主要体现在界面加工质量方面。C/Ti-C方案能获得最佳的界面加工质量,其界面平整度因子仅为Ti/C-Ti的8%;Ti/C制孔顺序能获得较小的两材料界面孔径差值,最小为29μm。基于对界面加工质量和尺寸精度的综合考虑,C/Ti-C变参数方案能够实现最佳的界面加工效果。 展开更多

关键词 cfrp/钛合金 叠层结构 变参数 螺旋铣孔 界面 加工特性

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阶梯钻钻削碳纤维复合材料/钛合金叠层板的实验研究

10

作者 冷小龙 李鹏南 +2 位作者 邱新义 牛秋林 李常平 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期5-9,共5页

采用自行研制的阶梯钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削实验,并与普通麻花钻进行对比。分析钻削力和钛合金切屑形态对孔质量的影响,研究不同加工参数下的钻削力、孔径及孔出入口质量情况。结果表明:钛合金层钻削力随主轴转速的增... 采用自行研制的阶梯钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削实验,并与普通麻花钻进行对比。分析钻削力和钛合金切屑形态对孔质量的影响,研究不同加工参数下的钻削力、孔径及孔出入口质量情况。结果表明:钛合金层钻削力随主轴转速的增大而减小,随进给量的增大而增大;相比普通麻花钻,阶梯钻产生的钻削力更小,钛合金切屑排出顺畅,钛合金层和碳纤维复合材料层孔径值更接近于钻头直径,钛合金层和碳纤维复合材料层孔出入口质量更好。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料/钛合金叠层板 阶梯钻 钻削力 孔质量

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冷却润滑方式对CFRP/钛合金叠层制孔刀具磨损的影响

11

作者 孟祥军 郭南 +2 位作者 陈燕 晏超仁 钱宁 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第13期87-93,共7页

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)和钛合金组成的叠层结构由于其优良的机械性能在航空航天领域得到了广泛的应用。为了延长刀具寿命,本文在CFRP/钛合金叠层低频振动钻削试验中采用中心吹气、微量润滑技... 碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)和钛合金组成的叠层结构由于其优良的机械性能在航空航天领域得到了广泛的应用。为了延长刀具寿命,本文在CFRP/钛合金叠层低频振动钻削试验中采用中心吹气、微量润滑技术(Minimum quantity lubrication,MQL)、水基冷却液和液氮冷却方法,研究冷却润滑方式对钻削温度、轴向力与刀具磨损的影响。试验结果表明,使用中心吹气时加工温度最高,使用液氮时加工温度最低,液氮冷却时轴向力最大,而使用水基冷却液时轴向力最小。水基冷却液对延长刀具寿命的效果最好,达到了66个孔,而液氮冷却时最差,只有12个孔。刀具主要的磨损形式为粘结磨损和磨粒磨损。 展开更多

关键词 叠层材料 碳纤维增强树脂基复合材料(cfrp) 钛合金 冷却润滑 刀具磨损

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钻头外缘转角结构对CFRP/钛合金叠层结构钻削质量的影响

12

作者 唐联耀 唐玲艳 《工具技术》 北大核心 2022年第12期125-128,共4页

研究了钻头外缘转角结构对叠层结构的切削力、界面损伤和出口毛刺影响关系。结果表明:与麻花钻相比,使用外缘转角处钻尖角较小的双锋角钻头加工CFRP层时,轴向力降低54%左右,加工钛合金层时,轴向力降低52%左右;麻花钻钻削后的CFRP/钛合... 研究了钻头外缘转角结构对叠层结构的切削力、界面损伤和出口毛刺影响关系。结果表明:与麻花钻相比,使用外缘转角处钻尖角较小的双锋角钻头加工CFRP层时,轴向力降低54%左右,加工钛合金层时,轴向力降低52%左右;麻花钻钻削后的CFRP/钛合金叠层界面损伤比双锋角钻头小,且钛合金层出口毛刺较短;界面损伤和出口毛刺与钻头外缘转角结构存在较大关系,外缘转角处的钻尖角较大时界面损伤较小。因此,开发CFRP/钛合金叠层结构专用制孔钻头时必须重点关注外缘转角结构设计。 展开更多

关键词 cfrp/钛合金叠层结构 外缘转角 界面损伤 毛刺

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基于主成分分析的CFRP—钛合金叠层材料制孔刀具健康指标构建 被引量：1

13

作者 王贤锋 王守文 +2 位作者 张烘州 陆泰屹 于思泓 《工具技术》 北大核心 2022年第11期128-132,共5页

CFRP和钛合金两种材料的物理特性差异较大,都属于难加工材料。制孔加工时,制孔刀具的工作状态变化复杂,很快被磨损甚至失效,此后制孔质量便不能得到保证。为了使叠层材料得到最优良均匀的制孔效果,对制孔刀具的健康状态进行合理判断显... CFRP和钛合金两种材料的物理特性差异较大,都属于难加工材料。制孔加工时,制孔刀具的工作状态变化复杂,很快被磨损甚至失效,此后制孔质量便不能得到保证。为了使叠层材料得到最优良均匀的制孔效果,对制孔刀具的健康状态进行合理判断显得尤为重要。而制孔刀具的健康状态判断往往是依赖健康指标,好的健康指标能更准确地判断刀具的健康状态。本文提出的健康指标构建方法是从制孔加工时采集到的各项信号中计算RMS值并手动选择单调性和趋势性最优RMS对应的信号,从该最优的信号中提取多个时频域信号并通过主成分分析方法得到健康指标。经测试表明,构建的健康指标具有良好的单调性和趋势性,能较好地反应制孔刀具加工过程中的健康状态。 展开更多

关键词 cfrp—钛合金叠层材料 制孔刀具 加工质量 主成分分析 健康指标

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CFRP/钛层叠板材料加工用整体硬质合金钻削产品

14

《工具技术》 2014年第6期I0013-I0013,共1页

在航天航空行业中，为了增大零部件强度，减少重量，不断研发新型的复合纤维增强层叠板材料（CFRP）。这种层叠板材料的夹层材料为钛或其它金属，在制造机翼、机身、驾驶舱以及其它部件时，可以在减轻重量的情况下获得满意的性能。因碳... 在航天航空行业中，为了增大零部件强度，减少重量，不断研发新型的复合纤维增强层叠板材料（CFRP）。这种层叠板材料的夹层材料为钛或其它金属，在制造机翼、机身、驾驶舱以及其它部件时，可以在减轻重量的情况下获得满意的性能。因碳纤维材料和金属材料的机械性能有极大差别。在对紧固孔进行有效的钻孔加工时， 展开更多

关键词 材料加工 硬质合金 叠板 cfrp 产品 钻削 钛 机械性能

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基于纹理图样与语义分割算法的CFRP/钛合金叠层材料制孔毛刺识别

15

作者 王守文 王贤锋 +2 位作者 陆泰屹 于思泓 蒋景行 《工具技术》 北大核心 2022年第8期115-118,共4页

CFRP/钛合金叠层材料作为一种重要的航空结构件材料,对制孔的加工精度要求苛刻,因此设计合理的实时监测算法,实现对复材叠层制孔过程产生的边缘毛刺等异常问题的监测迫切而必要。由于CFRP的材料特性,钻削加工过程中在CFRP层出入端面容... CFRP/钛合金叠层材料作为一种重要的航空结构件材料,对制孔的加工精度要求苛刻,因此设计合理的实时监测算法,实现对复材叠层制孔过程产生的边缘毛刺等异常问题的监测迫切而必要。由于CFRP的材料特性,钻削加工过程中在CFRP层出入端面容易形成撕裂缺陷,影响整体孔壁的加工质量。基于深度学习的目标语义分割算法能够有效自动识别并评估这种缺陷的生成情况以及严重程度,从而有效监测CFRP/钛合金叠层材料的制孔质量。通过对钻削制孔实验后得到的工件进行毛刺区域分割算法验证表明,提出的基于深度学习的语义分割算法能够有效识别孔边缘毛刺,且识别算法的m-IOU达到71.33%,语义轮廓测度达到55.09%。 展开更多

关键词 cfrp/钛合金叠层材料 毛刺识别 语义分割算法 钻削

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CFRP/Ti叠层构件钻削过程中硬质合金刀具磨损特性 被引量：1

16

作者 王奔 印文典 +4 位作者 王明海 马振博 杨博文 常康 郑耀辉 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2018年第5期5-10,共6页

为研究硬质合金刀具钻削CFRP/Ti叠层构件和钛合金时崩刃失效问题,采用硬质合金刀具对叠层构件和钛合金进行对比钻削试验,并对加工过程中的钻削力、钻削温度以及后刀面磨损长度进行分析,讨论刀具寿命不同的原因。结果表明:在相同条件下,... 为研究硬质合金刀具钻削CFRP/Ti叠层构件和钛合金时崩刃失效问题,采用硬质合金刀具对叠层构件和钛合金进行对比钻削试验,并对加工过程中的钻削力、钻削温度以及后刀面磨损长度进行分析,讨论刀具寿命不同的原因。结果表明:在相同条件下,与单独钻削钛合金相比,硬质合金刀具钻削CFRP/Ti叠层构件寿命更长;刀具发生崩刃失效之后,崩刃区被大量钛粘焊物覆盖,即刀具崩刃后导致切削力及切削温度的急剧增大,使得在崩刃区域极易产生粘焊现象;钻削CFRP/Ti叠层构件与钻削钛合金相比,由于CFRP板的存在,会延缓刀具崩刃失效现象,但是无法避免崩刃失效的发生。 展开更多

关键词 cfrp/Ti叠层构件 钛合金 硬质合金 粘焊磨损 崩刃

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钻削工艺对复合材料/金属叠层板孔质量的影响 被引量：3

17

作者 冷小龙 李鹏南 +2 位作者 邱新义 牛秋林 李常平 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期47-51,共5页

采用整体硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削试验,研究不同加工工艺下碳纤维复合材料层的孔径误差、孔入口撕裂因子、孔壁表面粗糙度、孔出口烧伤以及碳纤维复合材料孔壁形貌。结果表明,啄式钻削工艺下的钛合金切屑... 采用整体硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削试验,研究不同加工工艺下碳纤维复合材料层的孔径误差、孔入口撕裂因子、孔壁表面粗糙度、孔出口烧伤以及碳纤维复合材料孔壁形貌。结果表明,啄式钻削工艺下的钛合金切屑排出更顺畅,避免钛合金切屑对孔的二次伤害。对比3种工艺,变加工参数啄式钻削工艺下的碳纤维复合材料层的孔径误差更小,孔入口处的撕裂因子趋于稳定值且小于1.05,孔壁表面粗糙度更小,孔出口没有明显烧伤。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料/钛合金叠层板 切屑 钻削工艺 孔质量

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