【摘 要】
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目前,Nomex蜂窝芯材料以其独特的材料特性和结构特点在航空航天等高精尖领域应用越来越广。但是,对Nomex蜂窝芯的加工工艺还不完善,存在工艺缺陷。目前,对Nomex蜂窝芯材料的主要的加工方法是应用组合铣刀进行铣削加工,铣削加工会使蜂窝芯的被加工表面产生大量毛刺、撕裂等加工缺陷。由于铣削力较大,因此被加工的蜂窝芯容易出现蜂窝坍塌、压溃的现象,对Nomex蜂窝芯的固持力要求高。国内外专家和学者研究应
【基金项目】
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沈阳市科学技术计划项目应用基础研究专项“蜂窝夹层复合材料超声加工关键技术研究”(项目编号:F16-205-1-05),起止年月:2016年1月-2018年12月;
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目前,Nomex蜂窝芯材料以其独特的材料特性和结构特点在航空航天等高精尖领域应用越来越广。但是,对Nomex蜂窝芯的加工工艺还不完善,存在工艺缺陷。目前,对Nomex蜂窝芯材料的主要的加工方法是应用组合铣刀进行铣削加工,铣削加工会使蜂窝芯的被加工表面产生大量毛刺、撕裂等加工缺陷。由于铣削力较大,因此被加工的蜂窝芯容易出现蜂窝坍塌、压溃的现象,对Nomex蜂窝芯的固持力要求高。国内外专家和学者研究应用超声振动切割加工技术代替铣削对Nomex蜂窝芯进行加工,但对超声振动切割加工技术的研究还处于初级阶段。本课题将对超声切割Nomex蜂窝芯材料理论进行研究并设计出超声振动切割加工装置。本文将进一步完善超声振动切割理论,并应用所设计的超声振动切割加工装置,对Nomex蜂窝芯材料进行切割试验,通过试验寻找最优的加工工艺参数。本文的主要研究内容包括:(1)通过查阅文献研究了 Nomex蜂窝芯材料的材料特性和蜂窝芯材料的应用现状,对Nomex蜂窝芯材料的加工技术进行研究,分析对比各个加工技术的优缺点,总结超声振动切割技术的研究现状和分析其对Nomex蜂窝芯材料加工的应用前景。(2)介绍了超声复合加工技术及其原理,以及超声振动加工的特点。分别研究了超声振动加工装置的各个组成部分,明确了超声振动切割加工装置的设计思路。通过对超声发生器和机床的选用,对超声振动切割系统及其夹具的设计,完成了对超声振动切割Nomex蜂窝芯材料加工装置的设计。根据所设计的超声振动切割加工装置,对超声振动切割加工艺进行分析,得到了对Nomex蜂窝芯材料的正确加工工艺过程。(3)通过ABAQUS有限元分析软件对所设计的超声振动切割系统的各个部件逐级进行数值模态分析。检验并修正所设计的超声振动切割装置,使设计结果更加合理,在此基础上对超声振动切割系统进行了优化。(4)对超声振动切割过程进行力学分析。分析切割过程中,直刃刀具刃口处的受力情况。根据Nomex蜂窝芯材料的力学性能,建立超声振动切割Nomex蜂窝芯的切割力模型,通过此模型分析研究超声振动对切割力的影响,提出了超声振动切割Nomex蜂窝芯的过程中切割力计算方法。根据提出的计算公式分析预测刀具前倾角、振动振幅、进给速度等加工工艺参数对切割过程中的切割力的影响情况,得到加工工艺参数对切割力的影响规律。(5)建立了超声振动切割试验加工系统,并应用此试验装置进行了 Nomex蜂窝芯材料的超声振动切割单因素试验和正交试验,应用测力仪对试验结果进行测量。通过单因素试验筛选出了相对合适的水平范围,并验证了超声振动切割过程中各工艺参数对切割力的影响情况分析结果。然后进行正交试验,通过对试验测得的试验数据进行滤波、校验等处理,对处理后的试验结果进行极差、方差分析。并结合使用超景深三维显微系统,观测切割试验所得的切割表面形貌。最终得到了最优的加工工艺参数。
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