摘要
碳纤维复合材料（CFRP）应用越来越广泛，由于其质量轻、比强度和比模量高、耐腐蚀等特性而广泛应用在体育用品、汽车、高铁、航空航天等领域。碳纤维复合材料构建模压成型后，需要经过铣削等加工才能达到尺寸和装配精度等要求，而由于碳纤维各向异性，导致材料加工时，刀具磨损大、板件材料表面损伤严重，影响着板件的使用寿命。本文以T800型碳纤维复合材料为研究对象，经过对航空某主机制造厂调研，针对碳纤维复合材料装配孔高质量制孔项目要求，对碳纤维复合材料制孔进行工艺优化。为达到制孔要求，因而需要对碳纤维复合材料加工以及刀具磨损进行研究，本文主要内容如下： 研究碳纤维复合材料钻削的基本理论，包括切削机理、钻削过程、轴向力的产生、孔缺陷的基本理论和影响因素。 搭建碳纤维复合材料钻削实验平台，主要包括数控钻床、实验板件材料、测力系统、孔口质量检测系统和刀具磨损检测系统，采用正交实验方法分析主轴钻速、进给量、刀具直径对轴向力、温度、孔分层以及刀具磨损的影响，利用matlab建立轴向力、钻削温度等回归预测模型，为研究高质量、低成本的碳纤维复合材料装配孔加工工艺提高实验条件。 对碳纤维复合材料钻削试验结果进行极差方差分析，各钻削工艺参数对轴向力的影响显著性依次减弱，分别为：刀具直径、进给速度、主轴钻速；孔出口分层情况，各工艺参数的影响显著性依次减弱：进给速度、刀具直径、主轴钻速；钻削时产生的温度：刀具直径、主轴钻速、进给速度；刀具磨损：刀具直径、主轴钻速、进给速度。再利用鲸鱼多目标优化算法对钻削工艺参数进行优化，以轴向力、温度、孔分层和刀具磨损最小为目标构建多目标优化模型，得到A、B、C三种区间分别对应不同加工需求。 最后，设计分级钻削工艺，分多道工序进行加工钻削，其优点在于平均轴向力，降低刀具磨损，提高制孔质量。分级制孔与普通制孔进行对比，轴向力降低15%~22%左右、分层因子降低15%左右，刀具寿命提高了60%。为提高加工效率提出阶梯钻，将两道工序合并，提高生产效率。
NETL