[发明专利]CFRP与钛合金叠层结构钻孔刀具寿命的预测方法

摘要

本发明提供一种CFRP与钛合金叠层结构钻孔刀具寿命的预测方法，涉及碳纤维复合材料与钛合金叠层装配技术领域。该方法建立了碳纤维复合材料与钛合金叠层结构钻孔动态实时切削力分析模型、复材分层缺陷分析模型、复材撕裂缺陷分析模型和钻头后刀面磨损值分析模型，依据当前钻头结构参数和制孔工艺参数，预测分析钻头的有效使用寿命。本发明针对CFRP与钛合金叠层结构钻孔刀具寿命不易准确预测，因超过刀具有效使用寿命而导致的低合格率和高零件报废率的突出问题，综合考虑复材钻孔缺陷和钻孔刀具后刀面磨损两种约束，能有效的预测叠层结构钻孔的最大制孔数量，降低因超出刀具寿命而导致的零件报废率，并使制孔刀具发挥出最大的钻孔能力。

主权项

一种CFRP与钛合金叠层结构钻孔刀具寿命的预测方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：步骤1、设置分层缺陷和撕裂缺陷的标准，即分层缺陷区域的最大直径和撕裂缺陷区域的最大直径；步骤2、设置叠层结构钻孔钻头磨钝标准为钻头后刀面磨损值VB不大于0.08mm；步骤3、根据公式(1)计算碳纤维复合材料产生分层缺陷的临界轴向切削力，根据公式(2)计算撕裂缺陷的临界轴向切削力；FAL=Dm2+4.259×DL20.02667×DL2---(1)]]>FAT=Dm′2+3.423×DT20.021429×DT2Dm′---(2)]]>其中，FAL为产生分层缺陷的临界轴向切削力，Dm为分层缺陷区域最大直径，DL为分层缺陷区域钻孔直径；FAT为产生撕裂缺陷的临界轴向切削力，D′m为撕裂缺陷区域最大直径，DT为撕裂缺陷区域钻孔直径；步骤4、输入初始钻孔数量；步骤5、根据叠层结构平稳钻孔阶段钻孔动态实时轴向切削力随制孔数量变化的映射关系模型，计算在当前钻头结构几何参数、钻孔工艺参数和钻孔数量条件下，动态实时的钻孔轴向切削力；所述钻孔动态实时轴向切削力随制孔数量变化的映射关系模型如式(1)所示；Fz＝1.136N+102.927+Fzf   (1)其中，Fz为钻孔轴向切削力，N为钻孔数量，Fzf为钻孔轴向切削力修正值，Fzf的计算如式(2)所示；其中，β为钻头螺旋角，αr为钻头外缘后角，为钻头顶角，Vc为钻孔切削速度，fr为钻孔每转进给量；步骤6、根据分层缺陷的临界轴向切削力、撕裂缺陷的临界轴向切削力、动态实时的钻孔轴向切削力、分层缺陷评价分析模型和撕裂缺陷评价分析模型，计算当前动态实时钻孔轴向切削力能够产生的分层缺陷区域直径和撕裂缺陷区域直径；所述分层缺陷评价分析模型和撕裂缺陷评价分析模型分别如式(3)和式(4)所示；Dm2DL2=0.02667Fz-4.259---(3)]]>Dm′2DT2=0.021429Fz-3.423---(4)]]>如果动态实时钻孔轴向切削力小于分层缺陷的临界轴向切削力，分层缺陷区域直径DL为0mm；如果动态实时钻孔轴向切削力小于撕裂缺陷的临界轴向切削力，撕裂缺陷区域直径DT为0mm；步骤7、如果步骤6计算获得的分层缺陷区域直径小于步骤1设置的分层缺陷区域最大直径，则继续执行步骤8，否则执行步骤12；步骤8、如果步骤6计算获得的撕裂缺陷区域直径小于步骤1设置的撕裂缺陷区域最大直径，则继续执行步骤9，否则执行步骤12；步骤9、根据叠层结构钻孔平稳初始阶段钻头后刀面磨损值随制孔数量变化的映射关系模型，计算在当前钻头结构几何参数、钻孔工艺参数和钻孔数量条件下，钻头后刀面磨损值VB；所述钻头后刀面磨损值VB随制孔数量变化的映射关系模型如式(5)所示；VB＝0.001333N‑0.01333+VBf   (5)其中，VB为钻头后刀面磨损值，VBf为后刀面磨损修正值，VBf的计算如式(6)所示；步骤10、如果步骤9计算获得的钻头后刀面磨损值VB小于步骤2设置的磨钝标准VB值，则继续执行步骤11，否则执行步骤12；步骤11、钻孔数量增加1个，返回执行步骤5；步骤12、预测分析过程结束，设置叠层结构钻孔刀具寿命为当前制孔数量，输出钻孔刀具寿命、分层缺陷区域直径、撕裂缺陷区域直径和钻头后刀面磨损值VB。