航空叠层构件材料螺旋铣孔工艺基础研究

【类型】学位论文

【作者】单以才 

【关键词】 航空叠层材料 法向调姿 螺旋铣孔 切削力 缺陷抑制 工艺优化

【摘要】碳纤维增强型复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)与铝合金、钛合金等轻质合金叠层构件正逐步用于现代飞行器。然而,此类构件因组层材料的切削性能差异,其批量装配孔的加工质量与效率已成为制约该类材料构件整机装配的一个突出难题。螺旋铣孔作为一种新兴的制孔工艺,在难加工材料制孔方面已初显优势,但目前国内对螺旋铣孔工艺及其加工装备的研究仍处于起步阶段。为此,针对国内航空制造业对叠层构件批量装配孔加工的迫切需求,本课题以典型CFRP/轻质合金叠层材料的深厚度、大规格装配孔的切削加工为研究对象,采用理论分析、数值仿真、切削试验相结合的方法,重点围绕螺旋铣孔的装置设计、铣削力、缺陷抑制、工艺优化等方面展开系统的工艺基础研究。论文主要研究工作包括:(1)设计了一种面向某型飞机翼身对接下壁板叠层构件制孔的新型自动制孔系统,创新了制孔系统主轴法向快捷调姿方法,同时基于以铣代钻的加工理念,对自动制孔系统专用螺旋铣孔装置的创新设计进行了研究,解决了传统钻削在飞机翼身对接批量孔自动制孔方面的应用难题。(2)进行了7075、CFRP、Ti6Al4V等航空叠层构件材料的螺旋铣孔铣削力研究,基于螺旋铣孔切削过程特点以及铣削力变化曲线,研究分析了螺旋铣孔的力学特性,指出了现有螺旋铣孔力学模型存在的不足,进而分析了螺旋铣孔铣削力分量对制孔质量的影响,然后根据螺旋铣孔的工艺特点,分别展开了“一刀一孔”、“多刀一孔”以及“一刀多孔”的切削试验,研究了不同条件下切削参数影响螺旋铣孔铣削力的变化规律。(3)进行了航空CFRP/Ti6Al4V叠层构件材料螺旋铣孔缺陷形成机理研究,通过CFRP、Ti6Al4V等材料的螺旋铣孔与钻孔对比试验,验证了螺旋铣孔的制孔质量优于传统钻孔,同时发现了螺旋铣孔“以铣代钻”带来的新缺陷,进而通过螺旋铣孔试验与理论分析,揭示了切削参数对制孔缺陷的影响以及典型缺陷的形成原因,并提出了相应的抑制策略。(4)进行了航空CFRP/Ti6Al4V叠层构件螺旋铣孔工艺研究,提出了一种大螺距螺旋铣孔工艺,并基于大螺距螺旋铣孔与钻孔的对比试验,分析了大螺距螺旋铣孔用于叠层构件一体制孔的工艺优势及其存在的新问题,继而提出了优化大螺距螺旋铣孔质量的工艺策略,并进行了试验验证。

【学位名称】博士

【学位授予单位】南京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】何宁

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