答辯博士：楊浩駿

指導教師：徐九華  教授

論文題目：CFRP/TC4疊層結構低頻振動制孔基礎研究

答辯委員會：

主席：李  迎  教授  南京理工大學

委員：譚業發 教授  中國人民解放軍陸軍工程大學

徐九華  教授  ag真人百家家乐平台

何  甯  教授  ag真人百家家乐平台

陳  燕  教授  ag真人百家家乐平台

丁文鋒  教授  ag真人百家家乐平台

李    亮  教授  ag真人百家家乐平台

秘書：郝秀清  副教授  ag真人百家家乐平台

時間：2019年11月13日14:00

地點：南航明故宮校區15号樓341會議室

學位論文簡介：

碳纖維增強樹脂基複合材料（CFRP）/钛合金（TC4）疊層結構的孔加工是飛機裝配過程中最困難的工藝之一。研究表明低頻振動制孔技術可以提高疊層結構的制孔質量、延長刀具的使用壽命，但其背後的作用機理研究尚處于起步階段。有鑒于此，本文首先開展了低頻振動制孔斷屑排屑機理、材料去除機理等基礎理論研究，并在此基礎上開展了CFRP/TC4疊層結構低頻振動制孔的加工損傷與刀具磨損研究。

論文完成的主要工作及取得的成果如下：

（1）基于對低頻振動制孔過程中的振動位移曲線的理論分析，建立了低頻振動制孔負載振幅的計算模型，以及負載條件下的低頻振動制孔運動學模型，為低頻振動制孔過程中的切屑形态預測、切削力預測奠定了理論基礎。

（2）基于負載條件下低頻振動制孔運動學模型，考慮切削厚度對切屑變形系數的影響，建立了低頻振動制孔工藝下钛合金切屑扇形角的預測模型；提出了以單位時間内扇形切屑排出數量的平均值為評價指标的钛合金切屑排出順暢度評價方法；使用排屑系數作為評價指标，研究了工藝參數對排屑順暢度的影響，為揭示疊層結構制孔損傷機理與刀具磨損機理的分析提供指導。

（3）基于對低頻振動制孔過程中材料去除行為的分析，将鑽頭的切削刃劃分為三個區域，并結合鑽頭主切削刃彈性變形特征，建立低頻振動制孔鑽削力預測模型；建立了低頻振動制孔臨界斷屑振幅預測模型，提出了低頻振動制孔頻轉比的選擇方案；開展了低頻振動制孔鑽削溫度研究，闡明了加工參數對疊層結構鑽削溫度的影響規律。

（4）開展了CFRP/TC4疊層結構及其單層闆的低頻振動制孔試驗，闡明了低頻振動制孔工藝下，加工參數對CFRP入口撕裂損傷、CFRP孔壁質量、钛合金鑽削出口毛刺的影響規律，闡明了提高疊層結構制孔質量的根本途徑是保證TC4切屑的順暢排出。

（5）針對CFRP/TC4疊層結構、CFRP單闆、TC4單闆，對比研究了低頻振動制孔與傳統制孔在鑽削力、刀具磨損特征、制孔質量方面的差異；通過低頻振動制孔材料去除過程中的運動學規律的分析，揭示了低頻振動制孔工藝下刀具磨損形貌的形成規律。使用PCD鑽頭開展了疊層結構振動制孔試驗，結果表明：相比硬質合金刀具，PCD刀具在低頻振動制孔工藝下鑽削疊層結構時，具有制孔質量高、刀具磨損慢的特點。

主要創新點如下：

（1）通過對低頻振動制孔過程中振動位移曲線的理論分析，建立了低頻振動制孔負載振幅的計算模型，以及負載條件下的低頻振動制孔運動學模型，為低頻振動制孔過程中的切屑形态預測、切削力預測奠定了理論基礎。

（2）将切屑變形系數引入到低頻振動制孔扇形角預測模型之中，實現了誤差更小的碎化扇形角預測；提出了以單位時間内扇形切屑排出數量的平均值定量評價切屑排出順暢程度的方法，實現了準确、便捷的低頻振動制孔過程排屑質量的定量評價，揭示了加工參數對排屑順暢程度的影響規律。

（3）揭示了鑽頭主切削刃彈性變形特點，明确了低頻振動制孔過程中鑽頭不同區域的材料去除行為，建立了钛合金低頻振動制孔鑽削力計算模型，建立了低頻振動制孔臨界斷屑振幅預測模型，深化了對低頻振動制孔材料去除機理的認識。

（4）通過低頻振動制孔材料去除過程中的運動學規律的分析，揭示了低頻振動制孔工藝下刀具磨損形貌的形成規律，闡明了低頻振動制孔工藝提高疊層結構鑽削刀具壽命的根本原因。