鉆削工具的幾何形狀對(duì)增強(qiáng)復(fù)合材料層板性能評(píng)估

1、鉆削工具的幾何形狀對(duì)增強(qiáng)復(fù)合材料層板性能評(píng)估摘 要：在這項(xiàng)工作中，進(jìn)行了比擬研究關(guān)于不同的鉆頭的幾何形狀和進(jìn)給速度對(duì)復(fù)合材料層板的影響。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在鉆孔完成后，通過進(jìn)行孔壁粗糙度測(cè)量、推力監(jiān)測(cè)和分層擴(kuò)展評(píng)估來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。分層是評(píng)估使用一個(gè)專門的計(jì)算平臺(tái)，整合結(jié)合增強(qiáng)放射造影算法的圖像處理和分析。對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的籌劃及結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果說明，一些密切組合因素例如鉆頭的幾何形狀或者進(jìn)給速率都能減少分層的損害。關(guān)鍵詞：鉆頭幾何形狀 推力 粗糙度測(cè)量 磨損 增強(qiáng)放射造影 圖像處理和分析近年來增強(qiáng)復(fù)合材料層板已成為人們最感興趣材料的群體之一，由于其獨(dú)特的如低重量，高強(qiáng)度和剛度的特性。盡管隨著需求和使

2、用的增加，但是就具體使用復(fù)合材料層板來說還存在一些問題。其中的一些問題包括相關(guān)的本錢，但對(duì)加工的考慮也可能導(dǎo)致困難和缺少接受檢測(cè)這些材料的環(huán)節(jié)。除了生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜，廣泛需要的復(fù)合加工業(yè)務(wù)，如鉆井結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗枰褂寐菟?，鉚釘或螺絲時(shí)參加不同的局部。通常，它被接受可進(jìn)行鉆探了適當(dāng)?shù)男薷呐c使用傳統(tǒng)的機(jī)械。然而，作為復(fù)合材料的非均質(zhì)，鉆孔導(dǎo)致一些困難。最常見的損害是分層，纖維拉出，層間開裂或熱，除了其他輕微的損害。這些缺陷不僅會(huì)影響負(fù)載攜帶夾層部件的能力，而且強(qiáng)度和剛度，因此，可靠性?？焖俚牡毒吣p，由于材料的耐磨性也可以在損害發(fā)生的一個(gè)重要因素。另一個(gè)后果是，影響了需要頻繁換刀生產(chǎn)周期，提高了最

3、終本錢。通常情況下，孔周圍的邊界，在該地區(qū)的一些損害很明顯，鉆井作業(yè)完成后，被剝離最嚴(yán)重的一次，因?yàn)樗梢源蟠鬁p少負(fù)載聯(lián)合承載能力。負(fù)責(zé)的主要機(jī)制分層是準(zhǔn)定造成的壓痕效果鉆鑿邊緣。這種效應(yīng)可以減少一個(gè)正確的刀具幾何形狀和/或切削參數(shù)的選擇。在一般情況下，它是接受鉆井過程中，減少推力施加鉆頭橫刃，可以防止分層的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)皮奎特等。，為復(fù)合材料的自定義鉆層板應(yīng)該有一個(gè)小的傾角，以防止果皮后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)，更大的刀刃，以增加接觸長度之間的工具和零件，減少鑿邊，削弱縮進(jìn)效果。dharan并榮獲5，建議飼料鉆尖與接觸時(shí)，應(yīng)控制板和鉆突破，以防止分層。佩爾松等。2，開發(fā)了一個(gè)軌道鉆探方法，減少軸向推力消除固定的刀具

4、中心的力量，除了等優(yōu)點(diǎn)。davim和李嘉欣6，學(xué)習(xí)的效果在特定的切割壓力切割參數(shù)，分層碳纖維增強(qiáng)塑料的切削功率。作者的結(jié)論飼料率的推力更大的影響力，所以傷害增加飼料。和成和曹7，進(jìn)行了屢次實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，使用特殊演習(xí)的好處窗體頂端代替麻花鉆。在這項(xiàng)工作中，作者的結(jié)論是推力力隨鉆幾何與進(jìn)給率。這使如果使用較高的進(jìn)給率足夠的鉆頭幾何被選中。最近，曹和成8，已提交的一個(gè)核心鉆的優(yōu)勢(shì)。主軸轉(zhuǎn)速的影響相對(duì)微缺乏道。杜朗等人。9，證實(shí)了影響分層減少幾何選擇適當(dāng)?shù)你@以及利用先導(dǎo)孔戰(zhàn)略。窗體頂端另一個(gè)相關(guān)的問題是堆疊順序的重要性層壓板。由于這個(gè)順序可以根據(jù)不同最后一局部所需規(guī)格，有可能在一項(xiàng)研究中提出的結(jié)果是不

5、能直接轉(zhuǎn)讓給其他。這是可能的觀察，有更多的論文發(fā)表跨層序列6-8,14或比準(zhǔn)各向同性4,5,10單向?qū)訅喊?1。必須指出，根據(jù)12得到的結(jié)果為單向?qū)訅喊蹇梢员Ｊ赜糜诙喾轿坏膶訅喊?。的相?duì)奉獻(xiàn)飼料或切割速度相媲美，除了鉆井單向?qū)訅喊鍩o脫層得多比使用其他堆積序列鉆井的要求。在這項(xiàng)工作中，一共有五種不同的鉆頭幾何鈥扭曲與120和85點(diǎn)的角度，布拉德類型，匕首型和定制步驟鈥進(jìn)行了比擬，在鉆井過程中涉及的推力，孔壁粗糙度和分層擴(kuò)展后，鉆井。分層是評(píng)估通過使用增強(qiáng)的照相相結(jié)合計(jì)算的圖像處理算法和分析。實(shí)驗(yàn)過程方案和結(jié)果評(píng)估由直接比擬。這種手法顯示參與，謹(jǐn)慎的因素組合，如鉆尖的幾何形狀，切削參數(shù)，可以促進(jìn)減

6、少分層損傷。本文組織如下：在第二節(jié)，分析損傷模型。在第3節(jié)，實(shí)驗(yàn)鉆工作進(jìn)行了描述。以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果他們的討論是在第4節(jié)。在第5條，主要從這項(xiàng)工作的結(jié)論。2。分析損傷模型分層在復(fù)合材料層壓板的鉆孔可以是一個(gè)結(jié)果兩種不同類型的損傷機(jī)制其原因和影響，通常被稱為剝離分層下推分層。一方面，剝離起來分層切割的后果力推長笛外表的磨損和切割的材料。之前，它是完全最多的材料螺旋鉆笛加工。一個(gè)朝上的剝離力介紹說，往往持有的未切割局部分開，上部葉片向下的長效推力。通常情況下，減少飼料中率可以減少這種分層型。由另一方面，pushout脫層是層間地區(qū)發(fā)生的損害，因此，它不僅取決于纖維的性質(zhì)，但也對(duì)樹脂類型和各自的屬性。這種

7、損害是一個(gè)壓縮的后果總是在未切割鉆頭施加的推力層壓板層。有一定的負(fù)荷超過發(fā)生層間的粘結(jié)強(qiáng)度和分層，圖1。圖1。分層機(jī)制。后者的分層類型的減少是主要焦點(diǎn)本文。窗體頂端在鉆井過程中采用了分層機(jī)制分析線彈性斷裂力學(xué)LEFM的方法已興旺國家和不同型號(hào)的介紹。從這些，最簡稱，是和成Dharan分層模型13。在這種模式下，發(fā)病的重要推力分層Fcrit與單向的屬性層壓如彈性模E1，泊松比M12，在模式IGIC和未切割板的層間斷裂韌性厚度H：并在一個(gè)點(diǎn)的負(fù)荷模型假設(shè)：其中D和D0計(jì)算層板理論的關(guān)系曹和陳11從式開始。1，并試圖預(yù)測(cè)分層的位置，確定相應(yīng)的H值關(guān)鍵的推力hisotropic。張某等人。14考慮了不

8、同的方法。在他們的模型，脫層，有一個(gè)橢圓形，甚至為多方位復(fù)合材料的鉆孔。曹和成15分析預(yù)鉆孔中的影響分層，顯示存在一預(yù)先鉆先導(dǎo)孔可以顯著減少這種損害的發(fā)生。Jung等。16提出了一種新配方的關(guān)鍵推力傳播分層，在角鋪設(shè)的情況下層壓板。在他們的模型中，作者認(rèn)為存在扭中旬平面擴(kuò)展的分層區(qū)。韓元和Dharan17定量測(cè)定的效果鑿邊和先導(dǎo)孔復(fù)合材料層板鉆。結(jié)果顯示大推力減少使用先導(dǎo)孔時(shí)，由撤除鑿邊緣的奉獻(xiàn)。分層潛力如果鉆探分兩個(gè)階段，消除劣勢(shì)，可以減少鑿引起的推力。模型式。1作為還提出了起點(diǎn)。最近的模型使用了不同的方法，根據(jù)具體演練幾何18，或在使用田口的幾何形狀比擬技術(shù)19。然而，沒有分析模型可以預(yù)測(cè)

9、損害發(fā)病的位置，在未切割的厚度，準(zhǔn)確替代和經(jīng)濟(jì)的方法是利用有限元模型FEM，。在這些模型中，推導(dǎo)出的目標(biāo)是預(yù)測(cè)的變形，應(yīng)力和計(jì)算模型在工件的菌株。頻繁，立體元素從ABAQUS被用來預(yù)測(cè)脫層發(fā)生和傳20鈥。層壓板孔鉆后，重要的是要建立標(biāo)準(zhǔn)可以很容易地比擬各種分層度即使他們只能應(yīng)用于復(fù)合材料的過程，用相同的布局方向和層數(shù)。陳23提出了一個(gè)比擬的因素，使評(píng)價(jià)復(fù)合材料層合板的分層擴(kuò)展和分析。建議的比例被稱為分層因子FD和它被定義之間的分層最大的商直徑DMAX和孔的名義直徑D：窗體底端3。試點(diǎn)工作為了完成方案的試點(diǎn)工作，一批跨層的堆疊順序使用預(yù)浸CC160ET443的板和24層的產(chǎn)生，最終厚度為4毫米。

10、板300千帕的壓力和130下固化一小時(shí)，冷卻。然后，在測(cè)試板被切斷券16596mm2的鉆井實(shí)驗(yàn)。試點(diǎn)工作分為鉆井層壓板推力監(jiān)測(cè)板，孔壁粗糙度測(cè)量和分層增強(qiáng)造影評(píng)價(jià)圖像處理和分析的計(jì)算算法。在3.7千瓦DENFORD的可控硅進(jìn)行鉆井作業(yè)中心的數(shù)控機(jī)床。一共有五個(gè)鎢硬質(zhì)合金鉆頭采用6毫米直徑和不同的幾何形狀：一擰鉆120點(diǎn)的角度，用了85點(diǎn)角麻花鉆，了布拉德鉆，匕首鉆頭和一個(gè)特殊的階梯鉆，圖。2。圖2。演練：一120捻;二扭轉(zhuǎn)85;三布拉德;四匕首;及e步驟。麻花鉆是一種常用的標(biāo)準(zhǔn)演練。兩個(gè)點(diǎn)角鈥85和120鈥相比，在這項(xiàng)工作中。布拉德鉆都有一個(gè)特定的點(diǎn)幾何引起的纖維拉緊從而削減前使纖維鈥樷榗瘦肉

11、切鈥。在后果，加工外表平滑。匕首鉆有一個(gè)小點(diǎn)的角度30，減少縮進(jìn)效果，但需要更多的可用空間在出口側(cè)的板塊。特步鉆有意向只在一個(gè)操作中執(zhí)行的試點(diǎn)和最后一洞，除以推力，因此，減少分層危險(xiǎn)。在鉆井過程中，進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與軸向推力1奇石9257B測(cè)功機(jī)，放大器和計(jì)算機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)采集和處理。實(shí)驗(yàn)裝置圖。3。圖3。實(shí)驗(yàn)裝置。根據(jù)作者以前的切削參數(shù)選擇經(jīng)驗(yàn)，發(fā)表論文的其他作者和萬寶建議6,9。由于先前已確認(rèn)主要飼料率的重要性時(shí)，主軸速度相比在推力的開展6，切削速度和刀具直徑保持不變唯一的進(jìn)給率在實(shí)驗(yàn)過程中改變工作表1。窗體頂端鉆孔之后，孔壁粗糙度測(cè)量1HOMMELWERKE輪廓，總走過長度的，切斷長度為，的評(píng)價(jià)長

12、度，采樣長度為和/秒的旅行速度。對(duì)于這個(gè)工作，考慮粗糙度參數(shù)Rmax的，相應(yīng)的從獲得的最大峰值到谷維5個(gè)取樣長度內(nèi)的評(píng)價(jià)長度LM。三個(gè)測(cè)量每孔。最后，盤子增強(qiáng)造影檢查。同為此，板前浸入二碘甲烷1.5小時(shí)的比照度和仔細(xì)清洗前照相。興旺孔周圍的分層掃描radiographies測(cè)量。這種無損檢測(cè)方法的細(xì)節(jié)9。窗體頂端4。結(jié)果與討論推力審議的結(jié)果，是觀察到的最高值在鉆井過程中和目前的價(jià)值時(shí)，鉆頭尖端到達(dá)層壓板的最后未切割厚度。后者比擬數(shù)值與推力，從結(jié)果- 3Eqs.1的分析模型。由于信號(hào)變化沿鉆旋轉(zhuǎn)，推力值的平均值超過主軸革命。結(jié)果被認(rèn)為是平均6實(shí)驗(yàn)相同的條件。4.1。推力正如所料，進(jìn)給率有密切的影

13、響，對(duì)推力值作為對(duì)應(yīng)的最高值較高的進(jìn)給率較高推力。作為飼料率提高到最大，從最低值，最大推力一倍以上，它的價(jià)值，平均圖。4。鉆頭的幾何形狀，代表較小的區(qū)別是匕首鉆，階梯鉆過去值與觀察到一個(gè)較低的高三倍喂?；谶@些結(jié)果，可以說，低進(jìn)給率減少在鉆井過程中的最大推力。因此，分層孔周圍應(yīng)減少，只要鉆頭幾何形狀保持不變。然而，在飼料中減少率提高了鉆孔溫度和軟化板鉆的地區(qū)，增加熱損失的風(fēng)險(xiǎn)。鉆測(cè)量翻倒后連續(xù)6孔說明溫度從50與近80時(shí)，降低飼料用C較高的飼料。這方面的應(yīng)考慮。圖4。喂率的影響最大推力。另一個(gè)結(jié)果進(jìn)行比擬，見圖。5，說明匕首鉆，由于其特殊的幾何結(jié)構(gòu)，使全直徑不參與發(fā)生在4毫米厚的鋼板，從而導(dǎo)致

14、在鉆井作業(yè)的推力較低。麻花鉆與120點(diǎn)的角度歷來最高的力量，獨(dú)立所選的推力。減少的最大推力使用其他演習(xí)，平均麻花鉆18與85點(diǎn)的角度來看，布拉德演習(xí)的22和36的階梯鉆，確認(rèn)，從推力考試，這是可能的，以減少推力迫使.在鉆井過程中。這一成果被進(jìn)一步與在下一節(jié)中的分層結(jié)果。圖5。五鉆推力力/位移曲線。圖。6，推力為一個(gè)完整無缺層的情況下，圖1，試點(diǎn)工作的五個(gè)演習(xí)相比和式。1 -3?？梢暬暮唵?，唯一的中小型飼料率/轉(zhuǎn)結(jié)果。從數(shù)據(jù)它是可以斷定的標(biāo)準(zhǔn)演練了推力超過分層發(fā)病力量作為關(guān)鍵考慮的和傳播，無論是考慮分析模型這種比擬。唯一的例外是匕首演習(xí)的結(jié)果特步演練。必須指出的匕首鉆全參與永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生由于演習(xí)

15、的具體幾何階梯鉆的最大推力到達(dá)只在第二步鉆井作業(yè)。這種情況變得更好低進(jìn)給率，由于減少的最大推力部隊(duì)演習(xí)，而較高的進(jìn)給率的可能性分層發(fā)病成為加劇。損害的評(píng)價(jià)分層發(fā)病總是觀察周圍的孔，獨(dú)立的進(jìn)給率或鉆幾何。圖6。最后層推力比擬。4.2。分層再次，分層結(jié)果按照一個(gè)明顯的趨勢(shì)，相關(guān)推力演化。進(jìn)給率的增加，與已經(jīng)在上一節(jié)討論的后果，導(dǎo)致增加分層因素式4，因?yàn)樗强赡艿挠^察時(shí)間圖。7。然而，從最低到最高的差異進(jìn)給率，平均只有10左右。這種差異是沿著這里所描述的實(shí)驗(yàn)工作中使用的所有演習(xí)指出，雖然這是更為顯著，當(dāng)布拉德演習(xí)?？梢缘贸鼋Y(jié)論，布拉德演習(xí)反響?zhàn)B活率變化，當(dāng)分層是要考慮。圖7。分層因素喂養(yǎng)率的影響。如

16、果所有的演習(xí)相比，其結(jié)果是不相關(guān)的，與推力序列圖。8。降低分層時(shí)被發(fā)現(xiàn)的120點(diǎn)角麻花鉆，階梯鉆，以及給這個(gè)原型設(shè)計(jì)上的良好跡象。以扭轉(zhuǎn)120鉆為根底，分層匕首6的升幅演習(xí)，12的時(shí)候，使用布拉德鉆扭轉(zhuǎn)85演習(xí)和14的。圖8。鉆分層因素的影響幾何特別是，它應(yīng)當(dāng)指出的優(yōu)異成績分層當(dāng)扭曲120鉆相結(jié)合，降低飼料使用。脫層直徑為代表的的小領(lǐng)周圍的鉆孔。這一結(jié)果與觀測(cè)的最大在鉆井過程中的推力，這是不是最低的國家之一，揭示清楚選擇一個(gè)正確的幾何形狀的影響鉆井復(fù)合材料層壓板。最后需要說明的階梯鉆的結(jié)果，這仍然是在原型階段，含分層損傷值非常接近轉(zhuǎn)體120演習(xí)和相同的行為更高的進(jìn)給率。使用較高的飼料，在脫層領(lǐng)

17、約寬6毫米直徑的孔“孔直徑約13。雖然這可能是認(rèn)為是一個(gè)可接受的值，它取決于需求從最終用戶的制成品。4.3?？淄獗泶植诙扔斜匾赋龅牡谝挥∠笫巧⑸錅y(cè)量值已經(jīng)注意到在試點(diǎn)工作。有沒有結(jié)果，證明了孔外表粗糙度的力學(xué)行為中的重要性鉆層壓板。結(jié)果可以由數(shù)量的影響纖維內(nèi)的手寫筆的評(píng)價(jià)和定位長度。在圖的結(jié)果。9是三次測(cè)量的平均值在三個(gè)不同區(qū)域的孔壁，左右分開60鈥。圖9。食孔外表粗糙度率的影響。生產(chǎn)麻花鉆任何光滑的外表，其次是階梯鉆。奇怪的是，盡管好外觀的由布拉德演習(xí)產(chǎn)生的孔，粗糙度高。這可以是不同的光纖切割機(jī)制的后果是這次演練的主要特點(diǎn)。飼料無影響率進(jìn)行了驗(yàn)證，甚至強(qiáng)硬的粗糙度較高值對(duì)應(yīng)在這項(xiàng)工作中使用

18、的中小型飼料率。此參數(shù)的結(jié)果不應(yīng)該被視為重要在工具的選擇，主要是由于大的散射值。顯然，這個(gè)參數(shù)是不是那么好孔質(zhì)量評(píng)估復(fù)合材料是常見的金屬部件的鉆孔。5。結(jié)論碳纖維增強(qiáng)層壓板與客觀鉆比擬五種不同的刀具幾何形狀。使用結(jié)果鉆頭幾何比擬的最大軸向推力在鉆井，孔外表粗糙度和分層。結(jié)果推力為一個(gè)完整無缺層的情況下力進(jìn)行了比擬與的分析模型。涉及試點(diǎn)工作三個(gè)進(jìn)給率和切削速度。從這些，它是可能的得出一些結(jié)論。低進(jìn)給率似乎適用于層壓鉆井，因?yàn)樗鼫p少軸向推力，因此，風(fēng)險(xiǎn)分層起病，分析模型。然而，此選項(xiàng)可能會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)和5月的熱降解不適合于工業(yè)生產(chǎn)過程，生產(chǎn)力是一般的視為一個(gè)優(yōu)先事項(xiàng)。使用較高的進(jìn)給率是可能的，只要有關(guān)于對(duì)推力影響的知識(shí)，迫使和分層每個(gè)工具。選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ?，可以最大限度地減少脫層。這里的實(shí)驗(yàn)條件下提出了最充分的更高的進(jìn)給率的工具麻花鉆