航空材料自动化精密制孔工艺研究

摘要

在飞机制造过程中,装配连接的质量直接影响飞机的使用寿命。目前飞机装配连接的主要方式是机械连接,而飞机的疲劳故障绝大部分发生在连接孔处,因此提高航空材料连接孔的质量可以提高飞机的寿命。相比于传统的手工制孔,自动化制孔能显著提高制孔精度和制孔质量,在航空制造中得到越来越广泛的应用。在航空材料自动化制孔过程中,需要满足自动化制孔中的高效、稳定、连续性的要求。此外,飞机装配中大量存在材料叠层一次性制孔的复杂情况,制孔精度和制孔质量难以保证,必须深入研究叠层制孔的机理、进行大量工艺实验优化制孔工艺以保证制孔的精度和质量。本文针对航空材料自动化中存在的若干关键工艺问题,开展了如下研究:
　　(1)综合分析了航空材料自动化制孔中的关键技术问题,提出了航空材料自动化制孔中的切屑控制方法、换刀策略、制孔缺陷抑制方法以及和自适应制孔方法。
　　(2)研究了压力脚辅助的叠层间毛刺抑制机理和毛刺抑制工艺方法。提出了流动力的概念,用于表征切削刃挤压形成的材料塑性流动对板料在垂直方向上的作用力,并通过有限元仿真和实验进行了验证。提出了叠层间隙形成的叠加原理,分析了叠层间隙与轴向力、压紧力和流动力的相互作用关系,在此基础上形成了单侧压紧和双侧压紧下压紧力抑制叠层间毛刺形成的通用机理,对压力脚和板料厚度对叠层间毛刺高度的影响进行了预测。
　　(3)对复合材料/铝合金叠层制孔的关键工艺问题进行了大量实验研究。探讨了工艺参数、刀具对制孔的尺寸精度、粗糙度、铝合金出口毛刺高度、切削力的影响规律,提出了对工艺参数和刀具的选用的建议和刀具直径的改进建议。探讨了复合材料/铝合金叠层制孔的刀具磨损规律,提出了有针对性的换刀策略。对三尖钻钻削复合材料/铝合金叠层的特殊钻削特性进行了分析,优化了刀具的几何参数,通过实验验证了优化后的三尖钻具有更加优异的综合切削性能。
　　本文对航空材料自动化精密制孔中的若干问题进行了分析,并重点对金属叠层制孔时的叠层间毛刺问题和叠层制孔时同时加工两种或两种以上材料的问题进行了研究,得到的理论和实验结果对航空自动化制孔技术的工程应用具有较高的参考价值。

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图、表清单

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状分析

1.3论文的主要研究内容和章节安排

第二章 航空材料自动化制孔关键工艺问题

2.1切屑控制与自动排屑

2.2刀具磨损与换刀策略制定

2.3制孔缺陷与抑制方法

2.4切削力与自适应制孔

2.5本章小结

第三章 压力脚辅助的叠层间毛刺抑制工艺

3.1叠层间毛刺形成机理分析

3.2初始间隙形成的有限元仿真分析

3.3压力脚压紧制孔试验

3.4叠层制孔压紧方式优化

3.5本章小结

第四章 复合材料/铝合金叠层制孔工艺

4.1复合材料/铝合金叠层制孔若干问题分析

4.2可用工艺参数范围选取

4.3提高制孔精度和制孔质量的工艺参数优化

4.4三尖钻的特殊切削特性与耐用度分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文