【摘 要】
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近年来,由钛合金碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP）组成的叠层板材在制造业尤其是航空航天领域有着愈加广泛的应用。然而,在Ti/CFRP叠层材料的制孔过程中常出现刀具磨损过快问题,导致制孔成本高、效率低,且制孔质量也难以保证。如何实现Ti/CFRP叠层材料高效率、高质量、低成本制孔,是现今航空航天制造产业中的一大难题。本文以Ti-CFRP-Ti三
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近年来,由钛合金碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP）组成的叠层板材在制造业尤其是航空航天领域有着愈加广泛的应用。然而,在Ti/CFRP叠层材料的制孔过程中常出现刀具磨损过快问题,导致制孔成本高、效率低,且制孔质量也难以保证。如何实现Ti/CFRP叠层材料高效率、高质量、低成本制孔,是现今航空航天制造产业中的一大难题。本文以Ti-CFRP-Ti三层叠层结构为研究对象,提出超声振动辅助变参数啄式钻削新工艺,研究工艺参数对钻削力、孔表面粗糙得和制孔效率的影响规律,并通过变参数位置、钻削参数的优化提高制孔质量和加工效率。本文的主要研究内容如下:（1）开展了Ti-CFRP-Ti叠层材料超声振动钻削轴向力和钻削温度研究。搭建了Ti-CFRP-Ti叠层材料的钻削试验平台并进行了试验研究,研究主轴转速、进给量和超声振幅对钻削轴向力的影响,建立钻削轴向力的回归模型;基于传热学理论建立了刀具温度的数值仿真模型,实现了对钻削过程中刀具温度的预测,为降低刀具磨损、提高刀具寿命奠定基础。（2）开展Ti-CFRP-Ti叠层材料超声振动钻削质量研究。基于切削试验研究主轴转速、进给量和超声振幅对孔壁表面粗糙度的影响,并建立粗糙度回归模型;开展超声振动钻削下的刀具运动学分析,研究切削工艺参数对刀具运动轨迹的影响,找出不同切屑形态对应的切削工艺参数条件,为改善Ti-CFRP-Ti叠层材料制孔质量提供条件。（3）开展Ti-CFRP-Ti叠层材料超声振动变参数啄钻工艺参数优化研究。建立各层材料的钻削用量优化模型,求解适于加工各层材料的主轴转速和进给量;建立作用在主切削刃和横刃上的轴向力离散模型,分析钻削Ti-CFRP-Ti叠层交界区域的受力情况,通过对比分析得到钻削Ti-CFRP-Ti叠层材料的较优变参数位置;提出温度阈值限定下非恒定时间参数的啄钻方法,开展不同单次冷却时间参数下刀具温度仿真计算,分析得到较为高效的啄钻加工参数。
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