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《天津工业大学》 2018年
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CFRP/钛合金叠层制孔仿真及工艺研究

刘俊义  
【摘要】:CFRP具有优异的力学性能,被广泛的应用在各个领域。然而,由于材料的各向异性、硬度高、导热性差等特点,在CFRP钻孔加工的过程中容易造成CFRP分层、孔出入口的撕裂和毛刺、刀具寿命降低等缺陷。针对以上问题,本文进行了以下四个方面的研究:首先,分析CFRP的切削机理与缺陷,对碳纤维复合材料单板加工孔可能出现的情况进行研究。建立碳纤维复合材料加工过程中轴向力的理论模型,研究得到加工碳纤维复合材料的过程中轴向力的大小与刀具的直径、刀具的几何角度、工艺参数有关。建立碳纤维复合材料的分层模型,得出碳纤维复合材料的分层与轴向力有关,且分层因子的大小与轴向力成正比,为后续刀具结构和制孔质量的优化提供理论依据。然后,验证碳纤维复合材料/钛合金叠层材料制孔的可行性,对比在不同的进给速度和主轴转速下,CFRP和CFRP/Ti制孔过程的轴向力,用MATLAB进行数据拟合,得出在一定的主轴转速和进给速度的加工参数下,叠层材料加工过程中轴向力比碳纤维复合材料单板要小,且孔的加工质量较高,从而验证了叠层材料的加工的可行性。其次,利用ABAQUS对碳纤维复合材料/钛合金叠层材料的制孔工艺进行仿真,基于SOLID子程序的HASHIN准则,通过改变刀具的几何角度和工艺参数,得到轴向力和出入口处应力云图后,进行钻削实验,通过对比实验所得的轴向力,得出刀具参数的最优组合是顶角为100,螺旋角为30。最后,研究碳纤维复合材料和钛合金叠层材料钻削过程中制孔质量问题,用超声波C扫描对加工的碳纤维复合材料板上的孔进行分层缺陷的分析,得出分层因子的大小与刀具几何角度和加工参数之间的关系,且分层因子与轴向力成正相关,因此可以用轴向力来预测分层的缺陷程度。
【学位授予单位】:天津工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB33;TG52

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