复钛叠层超声椭圆振动钻削实验研究
复钛叠层超声椭圆振动钻削实验研究
邵振宇，李哲，张德远，耿大喜，姜兴刚
（北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191）
摘要：将超声椭圆振动切削技术应用到飞机叠层材料紧固孔的加工中，针对引起叠层材料紧固孔加工时的复材分层和撕裂、钛合金切削温度高、刀具磨损严重等问题的主要因素钻削轴向力及扭矩进行研究与实验。结果表明：与普通钻削相比，超声椭圆振动钻削复材时的轴向力及扭矩均明显下降，降幅分别为16%~25%和36%~44%，且超声椭圆振动钻削的平均轴向力曲线和扭矩曲线均较为平稳，超声钻削过程更加稳定；钻削钛合金时的轴向力比普通钻削下降约40%，且振动钻削过程平稳，切屑厚度均匀，呈节状，振动钻削的孔径精度和表面粗糙度均明显优于普通钻削，有效改善了普通钻削钛合金制孔的难加工问题。
关键词：复钛叠层;超声椭圆振动钻削;轴向力;切屑
中图分类号：TG663
文献标识码：A
文章编号：1009-279X（2018）06-0053-05
Experimental Study on Ultrasonic Elliptical Vibration Drilling with Complex Titanium
SHAO Zhenyu,LI Zhe,ZHANG Deyuan,GENG Daxi,JIANG Xinggang
（School of Mechaincal Engineering &Automation,Beihang University,Beijing 100191,China ）Abstract ：The ultrasonic elliptical vibration cutting was applied to drilling of CFRP and Ti stacks.
The thrust force and torque,which caused delamination and tearing of CFRP,high cutting temperature of Ti and tool wear etc.,were studied by the experiments.The experimental results showed that compared with the conventional drilling (CD),the thrust force and torque achieved in ultrasonic elliptical vibration drilling (UEVD)of CFRP decreased 16%~25%and 36%~44%,respectively.And curve of thrust force and torque was stable,which indicated the ultrasonic drilling process was more stable.The thrust force for UEVD of Ti decreased around 40%than CD,and this process was smooth.Uniform and segmental chips were obtained in UEVD,and hole size accuracy and roughness in UEVD were significantly better than that in CD.The difficult of CD Ti can be effectively solved by UEVD.
Key words ：CFRP and Ti stacks;ultrasonic elliptical vibration drilling;thrust force;chip
收稿日期：2018-05-17
第一作者简介：邵振宇,男,1990年生,博士研究生。
碳纤维复合材料与钛合金（Ti6Al4V）由于具有良好的综合性能被广泛应用于航空航天领域。其中,碳纤维复合材料在飞机中所占比重更成为衡量飞机综合性能的重要指标[1-2]。但是,碳纤维复合材料和钛合金均属于难切削加工材料。碳纤维复合材料脆性大、强度高、碳纤维硬度大、导热能力差,导热系数仅为奥氏体不锈钢的1/10~1/5。碳纤维的高硬度导致其在加工时刀具磨损快,刀具耐用度低。另外,碳纤维复合材料各向异性、层间强度低,在切削时受切削力作用易产生分层、撕裂等缺陷,在钻孔时尤为严重,加工质量难以保证[3-4]。钛合金的比
强度高、导热性差、加工硬化严重。由于其化学活性大,在一定温度下易与周围介质发生化学反应,产生脆而硬的外皮,加工时的塑性和冲击韧性剧烈下降,导致刀具磨损和破损情况严重,耐用度低,加工
精度和表面质量也难以保证,加工效率低[5]。因此,两者叠加在一起所形成的叠层材料紧固孔的加工难度可想而知。
为了解决叠层材料钻孔过程中由于轴向力过大而出现的复材分层、撕裂及钛合金出口处毛刺严重等问题,波音公司采用的方法是监控钻削叠层材料时的轴向力,当轴向力变大时降低工具转速以便加工钛合金[6]。国内的飞机制造公司在加工紧固孔时大多采用的是将叠层材料分开钻孔、叠合起来多
超声加工及其他特种加工
《电加工与模具》2018年第6期
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万方数据