[發明專利]CFRP與鈦合金疊層結構鉸孔方法

有效

• 申請號: 201611223314.3
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106624166B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 鄭耀輝;曹國強;王奔;王明海;李曉鵬;馬書娟;莊鑫
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: B23D75/00
• 分類號: B23D75/00
• 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。該方法綜合考慮孔徑尺寸誤差、鉸孔刀具后刀面磨損和鉸孔刀具使用壽命等約束的碳纖維復合材料與鈦合金疊層結構鉸孔工藝優化方法，依據當前鉸刀結構參數、孔徑尺寸精度標準和制孔數量，優化鉸孔的切削速度和進給量。本發采用多種約束條件優化疊層結構鉸孔工藝，有效的提高CFRP與鈦合金疊層結構鉸孔效率，降低零件的不合格率和報廢率，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效率低、制孔質量不易保證、零件不合格率和報廢率難以控制的突出問題。

碳纖維復合材料與鈦合金疊層結構鉸孔條件復雜，由于缺少有效的疊層結構鉸孔工藝優化方法，工藝設計和操作人員難以選擇與當前鉸刀幾何參數、鉸孔刀具磨鈍標準、鉸孔刀具壽命等因素相匹配的鉸孔切削速度和每轉進給量。采用不合理的鉸孔工藝，導致鉸孔刀具的快速磨損、孔徑尺寸誤差超出的精度標準、鉸孔刀具有效使用壽命的降低。

針對碳纖維復合材料與鈦合金疊層結構鉸孔工藝的優化方法，國內外進行了大量的研究工作，提出了基于制孔試驗、遺傳算法、神經元網絡等方法的鉸孔工藝參數優化方法和變工藝參數等優化方法。這些優化方法存在以下不足：(1)現有優化方法沒有考慮鉸刀主偏角、外緣后角等結構幾何參數對鉸孔工藝的影響，因而不能根據鉸刀結構的變化合理優化疊層結構的制孔工藝參數；(2)現有優化方法約束條件不全面，優化結果不能綜合反映疊層結構鉸孔過程孔徑尺寸誤差、鉸刀后刀面磨損、刀具壽命對疊層結構鉸孔工藝參數的影響。

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方法，能有效提高疊層結構鉸孔效率，降低零件的不合格率和報廢率，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方法，具體步驟如下：

步驟1、設置疊層結構鉸孔孔徑尺寸公差；

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、設置疊層結構優化范圍，即最大許用切削速度與最小許用切削速度、最大許用每轉進給量與最小許用每轉進給量和最大鉸孔數量與最小鉸孔數量；

步驟4、輸入初始鉸孔數量；

步驟5、輸入切削速度和每轉進給量；

步驟6、如果輸入的切削速度和每轉進給量分別小于等于步驟3設置的最大許用切削速度和最大許用每轉進給量，則繼續執行步驟7，否則執行步驟12；

步驟7、根據疊層結構鉸孔平穩階段孔徑尺寸誤差隨制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，鉸刀孔徑尺寸誤差值；所述孔徑尺寸誤差隨制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)