[發明專利]CFRP與鈦合金疊層結構鉸孔刀具壽命的預測方法

有效

• 申請號: 201611223309.2
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106647632B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 鄭耀輝;王志堅;李曉鵬;王奔;王明海;馬書娟;邵晨峰
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

本發明提供一種CFRP與鈦合金疊層結構鉸孔刀具壽命的預測方法，涉及碳纖維復合材料與鈦合金疊層裝配技術領域。該方法建立了CFRP與鈦合金疊層結構鉸孔孔徑尺寸誤差分析模型、鉸刀后刀面磨損(VB值)分析模型，采用多種指標評價鉸刀刀具壽命，綜合考慮了疊層結構鉸孔過程中孔徑尺寸精度和鉸孔刀具后刀面磨損兩種約束，依據當前鉸刀結構參數和制孔工藝參數，預測分析鉸刀的有效使用壽命。本發明提供的方法鉸刀使用壽命預測結果準確性高，能有效的預測疊層結構鉸孔的最大制孔數量，降低因超出刀具壽命而導致的零件不合格率和報廢率，并使制孔刀具發揮出最大的鉸孔能力。

技術領域

本發明涉及碳纖維復合材料與鈦合金疊層裝配技術領域，尤其涉及一種CFRP與鈦合金疊層結構鉸孔刀具壽命的預測方法。

背景技術

碳纖維復合材料(CFRP)具有密度低、強度高、比強度大、吸振性好等一系列優點，在航空航天、汽車、導彈等領域得到廣泛的應用。例如，波音787客機機身表面90％都采用了碳纖維復合材料，我國新型航空飛行器也逐漸增加碳纖維復合材料使用的比例，航空飛行器復合材料及鈦合金的應用比例已經成為衡量其先進性的重要指標之一。

隨著先進航空飛行器廣泛使用碳纖維復合材料，碳纖維復合材料與鈦合金疊層裝配結構的制孔需求越來越大，波音787客機裝配需要加工400萬個碳纖維復合材料與鈦合金疊層結構孔。由于碳纖維復合材料與鈦合金的難加工特性及其相互制約、影響，制孔過程存在著制孔刀具壽命低、制孔質量不易保證、零件報廢率難以控制的突出問題。據報道，國內外飛機組裝過程中，因制孔加工產生的復材分層/撕裂缺陷而導致報廢的碳纖維復合材料零件數量占全部報廢零件的60％以上。

碳纖維復合材料與鈦合金疊層結構鉸孔條件復雜，鉸刀結構參數和鉸孔工藝參數對鉸刀刀具壽命影響較大，鉸孔刀具使用壽命難以準確預測。由于缺少有效的疊層結構鉸孔刀具壽命預測方法，操作人員難以判斷在當前鉸孔條件下，鉸刀何時達到使用壽命極限。為了避免因超過刀具有效使用壽命而導致的低合格率和高零件報廢率，只能根據經驗減少制孔數量，因此極大的降低了鉸孔刀具的有效使用壽命，人為提高了制孔成本。

針對碳纖維復合材料與鈦合金疊層結構鉸孔刀具壽命的預測方法，國內外進行了大量的研究工作，提出了面向鉸孔質量、后刀面磨損等評價指標的鉸刀壽命預測方法。這些預測方法存在以下不足：(1)現有預測方法僅適用于碳纖維復合材料單獨鉸孔條件，沒有提出碳纖維復合材料與鈦合金疊層結構鉸孔條件下有效的鉸刀壽命預測方法，由于沒有考慮疊層結構鉸孔過程中鈦合金材料對鉸孔刀具磨損的影響以及復合材料對鈦合金鉸削排屑的阻礙影響，因而這些預測方法不適用于疊層結構；(2)現有預測方法基于單一刀具壽命評價指標進行使用壽命的預測，預測結果不能綜合反映達到使用壽命極限后鉸孔過程孔徑尺寸誤差和刀具后刀面磨損情況。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供一種CFRP與鈦合金疊層結構鉸孔刀具壽命的預測方法，綜合考慮孔徑尺寸精度和鉸孔刀具后刀面磨損兩種約束，能有效的預測CFRP與鈦合金疊層結構鉸孔的最大制孔數量，降低因超出刀具壽命而導致的零件不合格率和報廢率，并使制孔刀具發揮出最大的鉸孔能力。

一種CFRP與鈦合金疊層結構鉸孔刀具壽命的預測方法，具體步驟如下：

步驟1、設置疊層結構鉸孔孔徑尺寸精度標準；

步驟2、設置疊層結構鉸孔鉸刀磨鈍標準為鉸刀后刀面磨損值VB不大于0.06mm；

步驟3、設置并輸入初始鉸孔數量；

步驟4、根據疊層結構平穩鉸孔階段孔徑尺寸誤差隨鉸孔數量變化的映射關系模型，計算在當前鉸刀結構幾何參數、鉸孔工藝參數和鉸孔數量條件下的孔徑尺寸誤差；所述孔徑尺寸誤差隨鉸孔數量變化的映射關系模型如式(1)所示；

D＝1.214N+0.15216+D_f (1)