飞机壁板叠层材料精密制孔工艺研究

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1、中图分类号：TP242.2论文编号：102870515-S223学科分类号：082503硕士学位论文飞机壁板叠层材料精密制孔工艺研究研究生姓名刘姿学科、专业航空宇航制造工程研究方向制造信息化技术指导教师张霖讲师南京航空航天大学研究生院机电学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchonprecisionhol

2、emakingprocessforlaminatedmaterialsofaircraftpanelAThesisinManufacturingEngineeringofAeronauticsandAstronauticsbyLiuZiAdvisedbyLec.ZhangLinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进

3、行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要为满足飞机轻量化及结构性能的双重需求，复合材料与金属材料（铝合金和钛合金）构成的叠层件在飞机机翼及尾翼等组件

4、中得到广泛应用。构件中连接孔的质量与连接强度、刚度和安全性直接关联。本文密切结合飞机自动化装配技术的发展需求，以突破航空叠层材料的自动化制孔技术瓶颈为目标，重点以叠层材料制孔中存在的缺陷及形成机理为切入点，以碳纤维复合材料/铝合金、铝合金/铝合金叠层构件为研究对象，通过理论建模和实验验证相结合的方法，揭示制孔质量及层间毛刺高度与切削力的内在联系。具体研究内容如下：（1）通过对复合材料分层形成机理的研究，得出复合材料分层的根本原因，即轴向力对未切削材料的推挤作用超过了复合材料的层间剪切强度。利用分层临界轴向

5、力的概念，分析不同的叠层顺序对轴向力变化的影响，建立了不同的轴向力分配模型，得到基于分层的临界轴向力模型，并通过实验验证了模型的正确性。根据切削用量建立轴向力拟合公式，使其小于临界轴向力值，为工艺参数的选择提供理论依据。（2）针对金属叠层的层间毛刺问题进行机理的研究，利用薄板理论及叠加原理建立了层间间隙模型，并验证层间间隙与层间毛刺高度的关联性。总结了板件尺寸、制孔位置、工艺参数、压紧力大小对层间间隙的影响关系，在此基础上运用压力脚辅助压紧装置对层间毛刺进行抑制，并根据不同的工况给出合理的压紧力推荐值。（

6、3）对CFRP/Al叠层制孔中的关键技术指标如孔径、圆度、孔壁粗糙度、出口毛刺、轴向力进行了定性或定量分析，通过实验探讨了刀具结构、工艺参数对制孔精度和制孔质量的影响规律，并通过工艺参数及路径的优化，使钻孔质量和效率都得到了较大提高。最后分析了金刚石涂层刀具的钻头磨损形貌和磨损机理及对切削过程的影响，对刀具寿命进行合理的预测。本文对自动化精密制孔工艺中的关键问题进行了分析，并提出了相应的改进策略。其研究成果将为我国制孔理论体系的完善提供有益补充，具有显著的科学意义和工程应用价值。关键词：飞机装配，叠层材料

7、，复合材料分层，临界轴向力，层间毛刺，制孔质量，工艺优化策略i飞机壁板叠层材料精密制孔工艺研究ABSTRACTTomeetthedualdemandsofanaircraft’slightweightandstructuralperformance,compositematerialsandlaminatescomposedofmetalmaterials(aluminumandtitanium)havebeenwidelyusedinaircraftwingsandtailcomponents,etc.

8、Thequalityofconnectingholeshasdirectrelationwiththestrength,stiffnessandsafetyoftheconnection.Thispaperfocusesonthedevelopmentneedsofaircraftautomatedassembly,andtakesthebreakthroughofthetechnologybottleneckofautoma