最新消息
最新消息| 三種不同碳纖維復合材料層合板制孔工藝對比 | 2021-07-21 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"https://new.qq.com/omn/20200407/20200407A0N6OT00.html" 碳纖維復合材料在航空航天領域中應用十分廣泛。在飛機結構中，鉆孔是連接和裝配的最后一道工序。由于碳纖維復合材料具有各向異性與異質性，相比其他材料，鉆孔時容易出現分層、纖維拔出、吸水膨脹、毛刺、分解等缺陷，孔的加工質量影響結構連接的準確性和有效性。大量專家研究復合材料鉆孔分層，主要聚焦于鉆削加工的進給率和刀具幾何形狀對軸向力的影響。挪恩復材結合自身在碳纖維加工工藝方面的經驗，認為實現高效率無分層制孔，需要保證軸向推力低于臨界值時，使用盡可能大的進給率完成鉆削工作。傳統麻花鉆產生軸向力推力大，不利于高效無分層制孔。本文研究無分層制孔的加工工藝，基于分層機理，為抑制刀具橫刃對軸向力的影響，對比了傳統麻花鉆、階梯鉆和預制孔鉆削在制孔加工時軸向力的變化趨勢以及分層情況。實驗所需的碳纖維復合材料層合板厚度為2.4mm，鋪層順序為【0°90°】，因實驗中需測定鉆削時的軸向力，本實驗應用VMCL1100型加工平臺，由Kistler9273型壓電傳感器測得的電信號通過5070A型信號放大器和信號采集卡，傳輸到計算機上獲得力信號，從而測得實時軸向推力。實驗一:主軸轉速和進給率分別保持在1000prm和10mmmin，階梯鉆和預制孔分別在0.1＜k＜0．63范圍中取7個不同的直徑比率進行鉆削，觀察其各自臨界軸向力隨直徑比率的變化趨勢，對比傳統麻花鉆，分析得出臨界軸向力與直徑比率的關系。實驗二:主軸轉速和進給率與實驗一相同，三種不同工藝分別在0＜h＜2.4mm中取24個等距位置，得出軸向力并繪制折線圖分別進行對比，確定軸向力與未切削層厚度的關系曲線。實驗三:在主軸轉速為1000rpm的條件下，采用三種工藝對CFＲP層合板在進給率分別為5mmmin、10mmmin、15mmmin、20mmmin的參數下進行無預制孔鉆削，研究軸向力與進給率的關系。軸向力與未切削層厚度分析在1000rpm、10mmmin參數下，三種工藝鉆削軸向力的變化均呈現先增大后減小的趨勢。在鉆削入口處，切削刃與層合板的接觸面積較小，則切削軸向推力較小;隨著切削刃工作量的增加，與層合板的接觸面積逐漸增大，軸向力也隨之增大，且相對趨于穩定;當未切削層不足以承擔推力時，軸向推力則會呈現下降的趨勢。階梯鉆和預制孔的鉆削軸向力較傳統麻花鉆分別減小了約30%和60%，差異較為顯著。因為預制孔和階梯鉆有利于消除刀具橫刃所產生的軸向力，這部分軸向力是導致出口分層的主要因素。預制孔孔徑和刀具橫刃長度均為3mm，使得鉆削過程中預制孔抵消橫刃的影響，擴孔全部由切削刃完成，因此出口處不發生橫刃推擠階梯鉆初始階段橫刃為2mm，這一階段加工完成后層合板孔徑為5mm，為次級鉆削去除了部分中心材料，第二階段沿階梯外緣進行擴孔能夠去除第一階段產生的分層，并降低橫刃推出作用。因此階梯鉆和預制孔能夠通過降低切削軸向力，達到減少分層缺陷的目的。軸向力與進給率關系主軸轉速穩定在1000rpm時，三種工藝類型的軸向力隨進給率單調遞增。與傳統鉆削相比，采用預制孔和階梯鉆，在進給率增大時，軸向力變化速度較低，優勢體現越來越顯著。相同切削參數下階梯鉆和預制孔SEM掃描出口分層明顯少于麻花鉆。隨進給率的增大，傳統麻花鉆的鉆削軸向力遠超過相同條件時的臨界軸向力，極易產生分層。而預制孔和階梯鉆兩種工藝，由于減弱或消除切削橫刃的影響，能夠有效改善傳統麻花鉆削軸向力超過臨界軸向力的問題。尤其在高進給率下，相比麻花鉆能獲得更小的軸向力，消除分層的同時也提高了加工效率。孔質量分析三種工藝類型的碳纖維復合材料在鉆削參數相同、合理的情況下鉆孔出口質量，從宏觀角度觀察，應用傳統麻花鉆的制孔質量最差，出現明顯分層及大量毛刺現象預制孔鉆削出現輕微毛刺，沒有分層;使用階梯鉆時，同樣產生少量毛刺，無分層現象。綜合以上所述，對復合材料使用階梯鉆或預制孔鉆削，可以高效生產無出口分層的鉆孔，挪恩復材在后續的碳纖維板鉆孔加工中可以參考該項研究成果。 關鍵字標籤：碳纖維切割加工 |
|
 |
|
