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《大连理工大学》 2010年
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碳纤维复合材料/钛合金叠层装配制孔技术研究

张选龙  
【摘要】: 碳纤维复合材料与金属材料构成的性能差异的叠层构件在飞机机翼和尾舵中应用广泛,叠层构件装配过程中需要大量的铆接或螺接孔。在这些航空产品装配制孔中,最佳的工艺是在碳纤维复合材料和金属材料叠层构件上同时加工出所需要的铆接或螺接孔,这是确保叠层材料构件产品连接强度、刚度和安全性的主要手段。然而由于碳纤维复合材料层间结构特点和两种材料性能的巨大差异,制孔质量难以保证并且刀具磨损剧烈。特别是随着飞机柔性装配技术和数字化制造技术的发展,其关键技术之一就是要求在装配过程中采用一道工序同时高效加工碳纤维复合材料和钛合金(铝合金)两种完全不同性质的难加工材料。 本文以国防重大需求为基础,结合国家自然科学基金项目、国家高技术研究发展(863)计划及辽宁省教育厅高等学校科技研究项目相关研究内容,开展了碳纤维复合材料/钛合金叠层装配制孔技术研究,论文主要研究内容和取得的阶段学术成果如下: (1)根据聚晶金刚石硬度高、抗压强度高及耐磨性好等特性,初步设计和研制了适合碳纤维复合材料/钛合金叠层钻削的PCD刀具,围绕刀体的结构设计、金刚石复合片的切割及金刚石复合片的焊接工艺开展研究,并在后续试验分析中对刀具的几何角度和金刚石复合片的粒度进行优化。 (2)通过对不同刀具材料进行对比试验研究,分别开展了碳纤维复合材料及钛合金钻削试验。在碳纤维复合材料钻削研究中,围绕钻削工艺参数的选择、PCD刀具的制孔质量、PCD刀具的磨损和使用寿命等开展。在钛合金钻削研究中,主要研究了钛合金钻削出口缺陷形成机理、对缺陷种类进行了分类与评价、观测了钛合金的切屑缠绕现象及切屑的形貌,并针对钛合金钻削断屑困难易导致刀具磨损的难题,提出了基于变进给策略的钛合金断屑钻削新工艺,试验结果表明钛合金出口质量得到了显著改善。 (3)综合分析复合材料和钛合金钻削的最优工艺参数和条件基础上,开展了碳纤维复合材料/钛合金叠层的钻削研究,提出了叠层构件钻削的缺陷模型。并进一步提出了基于变工艺参数策略的PCD刀具钻削叠层构件新工艺,分别探究了变工艺参数钻削工艺路径的优化、叠层板钻削变工艺参数位置的确定、变工艺参数钻削切削力典型特征、刀具使用寿命和叠层板制孔出口质量等,实现了碳纤维复合材料/钛合金叠层一体化高效、高质量数控装配制孔。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:V257

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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7 蔡良元;白树城;;一种航天器用碳纤维复合材料百叶窗的研制[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
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