【摘 要】
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铝合金和钛合金是航天航空领域常见的金属材料,其优异的物理、化学性能使之广泛运用于飞机的重要结构。大量的飞机结构装配是通过铆钉和螺栓来实现的,为了确保装配精度,通常需要将不同结构叠加进行制孔。材料之间化学成分和物理属性的差异对钻削性能和制孔质量有着很大影响,如何抑制叠层材料的制孔缺陷成为飞机装配技术研究的重点。本论文以铝合金Al2024-T3和钛合金Ti6Al4V组成的金属叠层材料为对象,对其进行钻
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铝合金和钛合金是航天航空领域常见的金属材料,其优异的物理、化学性能使之广泛运用于飞机的重要结构。大量的飞机结构装配是通过铆钉和螺栓来实现的,为了确保装配精度,通常需要将不同结构叠加进行制孔。材料之间化学成分和物理属性的差异对钻削性能和制孔质量有着很大影响,如何抑制叠层材料的制孔缺陷成为飞机装配技术研究的重点。本论文以铝合金Al2024-T3和钛合金Ti6Al4V组成的金属叠层材料为对象,对其进行钻削机理的研究,主要包括以下几部分的内容:（1）通过分析麻花钻的几何结构,建立钻头的轴向力和扭矩模型,将Al2024-T3/Ti6Al4V叠层材料的钻削过程分成五个阶段,分别建立每个阶段的数学模型,为下文研究叠层材料的钻削机理提供理论基础。通过阐述有限元法的基本理论确定金属叠层材料数值模拟的基本步骤,运用仿真软件建立Al2024-T3/Ti6Al4V叠层材料的钻削有限元模型。对轴向力和扭矩展开实验研究,验证仿真结果的可靠性;对金属叠层材料的扭矩预测模型进行实验与仿真研究。（2）通过改变钻头结构对铝合金/钛合金叠层材料的钻削机理进行研究。设计三种结构参数不同的双锥钻,建立并分析双锥钻的扭矩预测模型、叠层材料的分层模型和切屑的力学模型及其流出速度模型,结合数值模拟研究表明:与麻花钻相比,双锥钻的结构更能在Al2024-T3/Ti6Al4V叠层材料的钻削过程中降低扭矩,扭矩随着双锥钻第二顶角的减小而减小;Al2024-T3/Ti6Al4V叠层材料的分层破坏主要是因为上层铝合金受到过大的扭矩引起的,减小扭矩可减小分层破坏,使用第二顶角较小双锥钻可获得更小的分层破坏;双锥钻第二切削刃的加入增加了钻削温度,降低加工材料的强度和硬度,从而导致切削力的减小,材料硬度的降低和切屑流出速度的增加,使得切屑更易变形和断裂。（3）通过改变钻削参数对铝合金/钛合金叠层材料的钻削机理进行研究。在定参数钻削工艺条件下,确定钻削顺序为Al2024-T3/Ti6Al4V叠层时可减少钻削时间,提高制孔效率和质量。设计四种变参数钻削路径,建立并分析钻削过渡阶段（c阶段）的轴向力模型,结合数值模拟研究表明:当钻头结构和工件材料相同时,轴向力随着进给量的减小而减小;在c阶段的开端、恒定的钻削深度处降低钻削参数,可有效减小Al2024-T3/Ti6Al4V叠层材料的轴向力和钻削温度,提高叠层材料的制孔质量。
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