2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、新型碳纖維復(fù)合材料孔加工刀具新型碳纖維復(fù)合材料孔加工刀具——電鍍金剛石復(fù)合鉆電鍍金剛石復(fù)合鉆1前言前言碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱CFRP)具有比強(qiáng)度高、比模量高、減振性好等優(yōu)點(diǎn),在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,在汽車、醫(yī)療器械、體育器械等行業(yè)的應(yīng)用也日益增多。隨著CFRP應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,解決CFRP的高精度、高效加工問(wèn)題也日益迫切。為此,筆者開(kāi)發(fā)了一種新型孔加工刀具——電鍍金剛石復(fù)合鉆,可有效解決普通麻花鉆加工CFRP時(shí)出現(xiàn)的分層和劈裂問(wèn)題

2、,并可使鉆頭壽命顯著提高。2CFRP鉆孔缺陷及改進(jìn)措施鉆孔缺陷及改進(jìn)措施一般情況下,在CFRP板材上鉆孔加工時(shí),容易產(chǎn)生分層、劈裂、燒傷等缺陷,其中尤以分層、劈裂對(duì)加工質(zhì)量影響最大。據(jù)介紹,在AV8B飛機(jī)的制造中,由于CFRP鉆孔分層、劈裂導(dǎo)致的零件不合格率占全機(jī)CFRP零件不合格率的60%以上[1]。出現(xiàn)分層、劈裂現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋海?)CFRP疊層板由碳纖維層鋪疊而成,層與層之間用樹(shù)脂粘結(jié)。由于CFRP是一種各向異性材料,其機(jī)械性能

3、在不同方向各不相同,材料沿纖維鋪層方向強(qiáng)度較高,而垂直于纖維鋪層方向的強(qiáng)度則取決于樹(shù)脂粘結(jié)強(qiáng)度,一般情況下,層間結(jié)合強(qiáng)度僅為纖維方向強(qiáng)度的22%。(2)鉆孔加工時(shí),存在垂直于纖維鋪層方向的軸向力Fz,從而在疊層板內(nèi)產(chǎn)生正應(yīng)力,當(dāng)切削力產(chǎn)生的正應(yīng)力超過(guò)樹(shù)脂結(jié)合強(qiáng)度,則會(huì)出現(xiàn)樹(shù)脂斷裂、纖維層分層或劈裂等現(xiàn)象,軸向力越大,分層、劈裂現(xiàn)象越嚴(yán)重。因此,解決分層、劈裂問(wèn)題的一個(gè)有效途徑是減小鉆削軸向力。在鉆削加工中,軸向力主要受鉆削參數(shù)、刀具材料

4、和鉆型等因素影響。在研制電鍍金剛石復(fù)合鉆時(shí),為提高鉆削效率和刀具壽命,選擇了適宜的刀具材料,設(shè)計(jì)了新型鉆頭結(jié)構(gòu),并綜合考慮了鉆削參數(shù)對(duì)加工表面質(zhì)量的影響。3電鍍金剛石復(fù)合鉆電鍍金剛石復(fù)合鉆圖1所示為新研制的電鍍金剛石復(fù)合鉆。鉆頭基體材料為45鋼,直徑78mm(工件孔徑80mm),鉆頭錐頂角50,鉆頭錐體部分鍍有粒度為80#的金剛石,錐體部分開(kāi)有兩條對(duì)稱螺旋狀的分屑槽,起容屑、排屑作用,可避免切屑堵塞、燒傷工件。復(fù)合鉆的前部有一導(dǎo)孔鉆

5、(材料為Y330),其直徑約為加工孔徑的1/3,外伸長(zhǎng)度可根據(jù)CFRP板材的厚度加以調(diào)整。導(dǎo)孔鉆起預(yù)鉆孔作用,以避免鉆芯處因切削速度為零而導(dǎo)致切削條件惡化。小直徑導(dǎo)孔鉆也會(huì)產(chǎn)生微小切削缺陷,但由于其直徑范圍小于最終孔徑,可在金剛石鉆頭鉆削過(guò)程中被切除。金剛石刀具具有刀尖鋒利、多刃切削、耐磨性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn),因此十分適宜于難加工材料的切削加工。如前所述,造成CFRP鉆削時(shí)分層、劈裂的主要原因是鉆削軸向力在加工表面形成的正應(yīng)力超過(guò)了CFRP的層

6、間結(jié)合強(qiáng)度。由于金剛石鉆頭鉆削時(shí)為多刃切削,軸向力被分散,加工表面所受正應(yīng)力也顯著下降。此外,由于鉆尖鋒利,鉆削時(shí)CFRP纖維斷裂變形小,從而減輕了分層、劈裂程度。設(shè)計(jì)金剛石鉆頭時(shí)要注意以下幾點(diǎn):(1)基體錐頂角宜選用50~60。如頂角太小,鉆削時(shí)間將延長(zhǎng),工件易燒傷;如頂角過(guò)大,則鉆削軸向力增大,工件易分層、劈裂。(2)導(dǎo)孔鉆直徑不宜過(guò)大,一般取工件孔徑的1/3。直徑太大將加重分層和劈裂。(3)應(yīng)根據(jù)工件的加工要求選擇金剛砂粒度。粒度

7、粗,生產(chǎn)率高,刀具壽命長(zhǎng),切屑不易堵塞,但表面粗糙度較大;粒度細(xì),則相反。4鉆削試驗(yàn)鉆削試驗(yàn)試驗(yàn)用機(jī)床為W62X型萬(wàn)能銑床。試驗(yàn)時(shí),將手風(fēng)鉆固定在銑床立銑頭上,由銑床工作臺(tái)提供進(jìn)給運(yùn)動(dòng),風(fēng)鉆作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)參數(shù):n=12000r/min,f=0005mm/r。試驗(yàn)用鉆頭:1#:直徑8mm電鍍金剛石復(fù)合鉆頭;2#:直徑8mm普通硬質(zhì)合金鉆頭。用1#鉆頭和2#鉆頭在上述條件下鉆削厚度為4mm的CFRP板。鉆削過(guò)程中的軸向力Fz和扭矩M如

8、表1所示。加工后的孔壁表面斷面金相顯微照片見(jiàn)圖2。由上表可看出,用電鍍金剛石復(fù)合鉆頭鉆削CFRP時(shí),軸向力和扭矩均較小,分別約為普通硬質(zhì)合金鉆頭的30%和70%,因此孔加工質(zhì)量明顯提高。從圖2可以看出,用1#鉆頭加工的工件表面無(wú)分層、劈裂現(xiàn)象,而2#鉆頭加工的工件表面則有明顯的分層、劈裂現(xiàn)象。圖3為已加工孔入口出口處的照片。鉆削試驗(yàn)結(jié)果表明,在高速、低進(jìn)給的切削條件下,用電鍍金剛石復(fù)合鉆頭鉆削CFRP板材可獲得非常理想的加工表面。5結(jié)論

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