[发明专利]CFRP与钛合金叠层结构钻孔方法

摘要

本发明提供一种CFRP与钛合金叠层结构钻孔方法，涉及碳纤维复合材料与钛合金叠层装配技术领域。该方法综合考虑复材钻孔缺陷、钻孔刀具后刀面磨损和钻孔刀具使用寿命等约束，依据当前钻头结构参数、复材分层/撕裂缺陷标准和制孔数量，优化钻孔的切削速度和进给量。本发明能有效提高CFRP与钛合金叠层结构钻孔效率，降低零件的不合格率和报废率，并使制孔刀具发挥出最大的钻孔能力。

主权项

一种CFRP与钛合金叠层结构钻孔工艺的优化方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：步骤1、设置分层缺陷和撕裂缺陷的标准，即分层缺陷区域的最大直径和撕裂缺陷区域的最大直径；步骤2、设置叠层结构钻孔钻头磨钝标准为钻头后刀面磨损值VB不大于0.08mm；步骤3、设置叠层结构优化范围，即最大钻孔数量与最小钻孔数量、最大许用切削速度与最小许用切削速度和最大许用每转进给量与最小许用每转进给量；步骤4、输入钻孔数量；步骤5、输入切削速度和每转进给量；步骤6、如果输入的切削速度和每转进给量分别小于等于步骤3设置的最大许用切削速度和最大许用每转进给量，则执行步骤7，否则执行步骤14；步骤7、根据叠层结构钻孔平稳初始阶段钻孔动态实时轴向切削力随制孔数量变化的映射关系模型，计算动态实时轴向切削力；所述钻孔动态实时轴向切削力随制孔数量变化的映射关系模型如式(1)所示；Fz＝1.136N+102.927+Fzf   (1)其中，Fz为钻孔轴向切削力，N为钻孔数量，Fzf为钻孔轴向切削力修正值，Fzf的计算如式(2)所示；其中，β为钻头螺旋角，αr为钻头外缘后角，为钻头顶角，Vc为钻孔切削速度，fr为钻孔每转进给量；步骤8、根据步骤1设置的缺陷标准、分层缺陷评价分析模型和撕裂缺陷评价分析模型，计算分层缺陷临界切削力和撕裂缺陷临界切削力；所述分层缺陷评价分析模型和撕裂缺陷评价分析模型分别如式(3)和式(4)所示；Dm2DL2=0.02667Fz-4.259---(3)]]>Dm′2DT2=0.021429Fz-3.423---(4)]]>其中，Dm为分层缺陷区域的最大直径，DL为分层缺陷区域钻孔直径，D′m为撕裂缺陷区域的最大直径，DT为撕裂缺陷区域钻孔直径；步骤9、如果步骤7计算获得的动态实时轴向切削力小于步骤8计算获得的分层缺陷临界切削力，则执行步骤10，否则执行步骤14；步骤10、如果步骤7计算获得的动态实时轴向切削力小于步骤8计算获得的撕裂缺陷临界切削力，则执行步骤11，否则执行步骤14；步骤11、根据叠层结构钻孔平稳初始阶段钻头后刀面磨损值VB随制孔数量变化的映射关系模型，计算在当前钻头结构几何参数、钻孔工艺参数和钻孔数量条件下的钻头后刀面磨损值VB；所述钻头后刀面磨损值VB随制孔数量变化的映射关系模型如式(5)所示；VB＝0.001333N‑0.01333+VBf   (5)其中，VB为钻头后刀面磨损值，VBf为后刀面磨损修正值，VBf的计算公式如式(6)所示；步骤12、如果步骤11计算获得的VB值小于步骤2设置的磨钝标准VB值，则执行步骤13，否则执行步骤14；步骤13、增加切削速度和每转进给量，返回步骤6；步骤14、增加1个钻孔数量；步骤15、如果钻孔数量小于等于步骤3设置的最大钻孔数量，则返回步骤5，否则结束优化过程，输出最优的切削速度、每转进给量和钻孔数量。