纤维增强复合材料钻削分层的研磨检测

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1、学术论文RESEARCH*纤维增强复合材料钻削分层的研磨检测GrindingDetectionofDelaminationDuringDrillingofCompositesLaminates山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室汪海晋孙杰李剑峰中航工业成都飞机工业（集团）有限责任公司李卫东[摘要]复合材料钻削分层缺陷是影响复合材料现通过建立平均轴向力与分层现象之间的联系可以获[5]构件后续加工质量和效率的关键因素之一，针对该问得分层发生的轴向力起始值。Lachaud等人研究了题，设计不同钻深孔的分层缺陷产生与检测实验，揭示不同参数对复合材

2、料加工的影响，结果显示：较好的切[6]分层产生及演变历程。获得了孔出口三维分层形貌，分削参数组合能减少分层缺陷。J.P.Davim等通过田口析了分层缺陷动态变化及影响。技术对实验结果进行方差分析，建立了分层与主轴转[7-8]关键词：碳纤维复合材料钻削分层研磨速和进给量的多元线性关系。张厚江等人对钻削[ABSTRACT]Drilling-induceddelaminationof轴向力引起的孔出口椭圆形分层缺陷的原因进行了详compositesisoneofthekeyfactorsthataffectthequality细的分析，提出了叠层刚度最大的方向

3、是产生最大分[9]andefficiencyofthesubsequentmachining.According层缺陷的方向。Karnik等通过人工神经网络来研究tothisproblem,theexperimentisdescribedtorevealtheCFRP材料钻孔时钻削参数与分层之间的关系，试验过evolutionprocessesofdelamination,bythedetectionof程中考虑了主轴转速、进给速度及钻头顶角对分层的影holesthathavedifferentdrillingdepth.Three-dimensiona

4、l响。morphologyofdelaminationattheholeexitisobtainedto由于针对分层变化情况的研究均须建立在对复合analyzethedynamicchangesandinfluenceofdelamina-材料分层情况的精确检测的基础上，因此，如何对复合tion.材料分层情况进行直观准确的检测，成为复合材料分层Keywords:Carbonfiber-reinforcedcompos-研究的首要任务。[4]itesDrillingDelaminationGrindingChen使用四溴乙烷对孔壁进行了浸泡，利用X射DOI

5、:10.16080/j.issn1671-833x.2015.09.073线无损检测方法对分层区域进行了测量，并采用分层因[10]子对分层缺陷进行了评价；Stone与Krishnamurthy利[11]碳纤维复合材料有比强度高、减振性好、耐疲劳等用CCD摄像机对分层进行观察；张厚江等人采用氯显著优势，在现代航空工业中得到广泛应用。碳纤维化金溶液对分层缺陷进行渗透检测，总结了孔的整体平[12]复合材料可有效降低机体的结构重量，提高飞机的承面分层模型；Tscao等人采用超声C扫描观察了分层载量。在波音787客机中，复合材料比重已占飞机整体形貌，对临界轴向力理

6、论进行了研究。[1]重量的50%。在民用工业中（如汽车、能源、交通等领由于分层缺陷位置的特殊性以及检测手段的局限域），复合材料的应用也越来越广泛。复合材料构件与性，难以对分层的三维形貌进行直观准确的观察。X机体其他零部件装配时，往往需要钻削、铣削等机械加射线检测成本高，检测灵敏度受缺陷的取向影响严重；工，钻削加工占整个后续机械加工总切削量的50%以CCD摄像机无法对内部缺陷进行直观检测；超声检测[2]上。然而复合材料作为典型的难加工材料，由于层间是比较常用的方法，但检测精度受探头灵敏度限制，且性能差，在加工过程中极易产生分层、撕裂、毛刺等加工对操作人员要

7、求较高；渗透检测法无法对分层的高度进缺陷。其中，分层是最严重的加工缺陷，导致材料力学行检测。目前，关于复合材料分层形貌的分析主要集中性能的严重下降，严重影响了复合材料构件的生产效率在分层平面区域的检测。本文采用不同钻削深度的孔和加工质量。加工试验以及研磨检测法相结合，通过不同钻削深度孔针对复合材料钻削加工的分层问题，国内外学者进加工试验的设计，获得了钻削加工中出口分层缺陷变化[3]行了广泛研究。Hocheng和Dharan于1990年提出了的全过程，同时利用研磨检测法对孔出口分层进行研磨[4]孔出口侧发生分层的临界轴向力计算模型。Chen发观察，得到了孔

8、出口不同位置的分层具体情况，从而实现了孔出口分层缺陷的三维立体成形，并对分层的动