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一种超声超低温冰层支撑辅助CFRP钻削方法

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提出一种超声振动+超低温液氮+由超低温环境形成的冰冻支撑层(Ultrasonic vibration+Cryogenic liquid nitrogen+Frozen support layer,UCF)来辅助碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced poly-mer,CFRP)钻削制孔,有效降低钻削缺陷的加工方法.该方法的基本原理为:利用超声作用下的钻头高频振动实现轴向钻削力的弱化,利用超低温液氮以及形成的冰冻支撑层来实现钻削出口侧材料的约束和支撑,并有效降低加工过程的钻削热影响.基于UCF的基本原理,开展了相应的UCF辅助加工实验,通过微观检测表征和缺陷因子计算等手段,与传统钻削模式(Traditional drilling,TD)、低温液氮+冰冻支撑模式(Cryo-genic liquid nitrogen+Freezing support,CF)下的CFRP制孔质量进行了对比分析.结果表明,采用UCF模式和CF模式均会引起轴向力增加,但UCF模式下的最大轴向力增幅相对较小;与TD模式相比,采用UCF辅助加工方法最大可使CFRP钻削出口的毛刺因子降低75％,撕裂因子降低8.9％,分层因子降低34.6％,孔壁表面粗糙度Ra降低53.6％.
A method of CFRP drilling assisted by ultrasonic, cryogenic temperature and ice support

李树健、陈蓉、李常平、李鹏南、牛秋林、邱新义

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湖南科技大学 机电工程学院,湘潭 411201

湖南工程学院 机械工程学院,湘潭 411104

CFRP 加工缺陷 背板支撑 低温钻孔 轴向力

国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金

519752085177518452105442

2022

10.13801/j.cnki.fhclxb.20210514.001

复合材料学报
北京航空航天大学 中国复合材料学会

复合材料学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：0.933
ISSN：1000-3851
年,卷(期)：2022.39(3)
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