難加工材料螺旋銑孔的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件裝配時(shí)通常需要進(jìn)行大量高效率、高精度、高質(zhì)量的孔加工。然而，隨著鈦合金、復(fù)合材料及其疊層結(jié)構(gòu)等新型材料被廣泛用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)件，傳統(tǒng)鉆孔方法由于切削力大、刀具磨損嚴(yán)重以及加工質(zhì)量難以控制等問題，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)件的連接強(qiáng)度和疲勞壽命，已很難再適用于飛機(jī)制造裝配行業(yè)。
　　作為一種新的孔加工技術(shù)，螺旋銑孔術(shù)能有效改善刀具的散熱和排屑條件，降低軸向切削力，提高加工質(zhì)量和刀具壽命，并實(shí)現(xiàn)一把刀具加工不同直徑的孔，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外難加工

2、材料制孔工藝研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。本文借助理論建模、數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究等方法，針對(duì)鈦合金及碳纖維復(fù)合材料等航空難加工材料的螺旋銑孔工藝展開研究。
　　首先，介紹了螺旋銑孔的運(yùn)動(dòng)特征，通過對(duì)刀具進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析了螺旋銑孔刀具的切削機(jī)理，并得到了側(cè)刃鉆削及端刃銑削的切削層參數(shù);分別對(duì)側(cè)刃及端刃進(jìn)行受力分析，采用微元離散、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)值積分方法建立了螺旋銑孔切削力的解析模型。
　　研究了金屬切削有限元模擬的關(guān)鍵技術(shù)，通過準(zhǔn)靜態(tài)壓

3、縮和高速壓縮試驗(yàn)建立了航空鈦合金TC4DT的材料本構(gòu)模型;根據(jù)螺旋銑孔工藝的加工特征，首次建立了航空鈦合金TC4DT的螺旋銑孔切削過程的三維有限元仿真模型，基于切削力的數(shù)值模擬結(jié)果和力學(xué)解析模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)螺旋銑孔切削力的瞬時(shí)預(yù)測(cè)。
　　根據(jù)飛機(jī)裝配現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際加工條件，構(gòu)建以機(jī)器人為移動(dòng)載體、螺旋銑孔終端執(zhí)行器為加工單元、螺旋銑孔刀具為切削工具的加工試驗(yàn)平臺(tái);為驗(yàn)證有限元模型的正確性，對(duì)鈦合金材料進(jìn)行多組工藝參數(shù)條件下的螺旋銑孔實(shí)驗(yàn)，

4、切削力的試驗(yàn)結(jié)果與有限元預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致，有效驗(yàn)證了有限元模型的正確性。同時(shí)，分析了工藝參數(shù)對(duì)螺旋銑孔切削力大小、表面質(zhì)量、出口毛刺及加工精度的影響。
　　最后，采用機(jī)器人螺旋銑孔試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)進(jìn)行正交試驗(yàn)，采用極差分析與方差分析方法討論了刀具主軸轉(zhuǎn)速、每齒進(jìn)給量、軸向切削深度等工藝參數(shù)對(duì)切削力的影響規(guī)律;通過對(duì)加工缺陷的監(jiān)測(cè)，探討了軸向切削力與復(fù)合材料分層、撕裂等缺陷之間的關(guān)系;最后對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，