阶梯钻钻削CFRP/钛合金叠层材料试验研究

摘要

由于CFRP和钛合金的材料性能差异大，CFRP/钛合金叠层材料在飞机装配过程中制孔时存在制孔质量差、制孔孔径不一致、刀具耐用度低等问题。针对叠层材料制孔过程中存在制孔缺陷多以及刀具磨损严重等问题，本文提出采用阶梯钻头对CFRP/钛合金叠层材料进行钻削加工的方法，研制了阶梯钻头，并用研制的阶梯钻头对CFRP/钛合金叠层材料进行钻削试验。本文的主要研究工作和成果如下： 1.对阶梯刀具大小头直径、各几何参数作了相应选型，运用Creo软件对刀具建立实体模型；对阶梯刀具钻削轴向力作了相应的理论计算，计算结果表明与普通麻花钻相比阶梯刀具可以降低切削轴向力。对阶梯刀具排屑槽进行设计并针对双边抛物线槽型进行了排屑性能的设计计算，开展了CFRP以及钛合金单层板钻削试验，得出最佳的叠层材料切削参数，分析了阶梯刀具制孔缺陷以及阶梯钻头的磨损形式。 2.开展阶梯刀具钻削CFRP/钛合金叠层板材钻削试验，通过与标准硬质合金麻花钻进行钻削对比，研究了阶梯钻头的切削性能，试验结果表明，阶梯钻头能够有效降低钻削轴向力，降低孔径差值，提高叠层板材制孔质量，同时也提高了刀具的耐用度。 3.针对阶梯刀具制孔过程中存在钛合金切屑对孔壁刮擦以及刀具外缘磨损严重的问题，使用Deform有限元仿真软件分析了第二主切削刃倾角对阶梯刀具大头切屑形成以及刀尖温度的影响，在此基础上改进阶梯刀具进行制孔试验，分别开展了阶梯刀具过渡刃变倾角制孔试验与外缘修磨刀具制孔试验，试验结果表示，45°刃倾角有较好的切削效果，此外对阶梯刀具外缘修磨也可以提高刀具的耐用度。

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