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群钻钻削纤维增强复合材料实验研究

吴枫  
【摘要】:随着纤维增强复合材料的广泛应用,针对该复合材料的高质量制孔技术已成为包括飞机制造等领域中的研究热点。群钻作为一种特殊结构的钻头,在钻削纤维增强复合材料时有着先天的优势,并且有潜力成为一种低成本、高效率的制孔刀具。在钻削复合材料过程中,轴向力常成为研究人员的首要研究对象以分析钻孔过程中出现的多种损伤现象。而与轴向力信号相比,振动信号对钻削过程以及刀具结构参数的改变更为敏感,并且在刀具状态的实时监测方面与轴向力信号相比更具优势,但振动信号由于受噪声或其他外界因素影响较大难以反映钻削的真实情况,相关研究仍需完善。而在优化加工参数时,由于复合材料的特殊性,会出现加工参数与刀具参数对出口损伤的耦合作用现象,这一现象会导致某一参数对出口损伤大小的影响规律变得难以预测,增大了选取最优参数的难度。在本文中,针对钻削过程中的这些问题,采用理论与实验相结合的方式,主要内容如下:1.归纳并且完善了使用群钻钻削复合材料的相关切削理论。并将由钻头引起的出口分层损伤的影响因素分成了钻头的推出作用,外刃的切削作用以及制孔过程中产生的切削热的作用,这三种影响因素相互关联且又互相影响,为后续研究做了理论铺垫。2.研究和分析了钻削加工过程中采集到的高频振动信号。不仅对钻削过程中产生的高频振动信号在时域,时频域,频域进行分析和比较,还使用了双谱的分析方法,分析结果发现该信号对钻尖结构和钻削过程的变化表现处一定的敏感性并且可以作为群钻钻削时检测刀具切削性能和判断出口损伤大小的有力工具。3.通过正交实验研究了进给速度,转速和外刃后角之间的耦合作用,结合曲面响应图给出的实验现象和群钻钻削时出口处特殊的损伤形成过程,理论分析了该种现象产生的原因和机理,为优化加工参数提供了理论依据并给出了实验中的最优参数。


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