刚度约束下的复合材料狭长深腔制孔技术研究

发布时间：2020-06-11 08:25

【摘要】：随着航天与军工领域对材料轻量化和高性能化的需求越来越高,纤维增强复合材料在关键产品中的应用日益广泛。但复合材料各向异性的特点使其加工困难,尤其在具有狭长深腔构造的大型复合材料产品制孔加工需求中,由于加工特征处于内壁深腔中,加工可达性差,此外构件狭小的内部空间进一步限制了加工设备的体积,导致加工设备刚度较低,而制孔加工的钻削力较大,现有设备无法实现低刚度约束下的自动化制孔加工,目前只能采用手工加工方法,加工质量与加工效率无法保证。本文以纤维增强复合材料为研究对象,针对狭长深腔复合材料构件制孔加工面临的低刚度约束问题,以降低制孔切削力为目的,从加工机理出发,分析复合材料制孔加工中的切削力变化规律,探索适用于复合材料的低切削力制孔工艺方法,并以此为基础,开发适用于狭长深腔构件在低刚度约束条件下的制孔加工自动化设备,实现狭长深腔构件高质高效自动化加工。文章主要研究工作如下:(1)结合目前复合材料加工机理与新工艺方法研究成果,文章从复合材料的切削原理出发,分析了切削过程中不同铺层角度下的材料破坏形式与切屑形成原理,探究了切削力的产生机制与变化规律;分析了螺旋制孔方法的加工原理与切屑形态,得到了其切削力的变化规律;基于复合材料的切屑形成与材料破坏机理,引入复合材料“微刃切削”概念,并进一步提出了采用电镀金刚石工具螺旋铣磨制孔新方法,得到了适用于低刚度约束下的复合材料低切削力制孔工艺方法。(2)针对不同复合材料制孔工艺方法,本文进行制孔加工切削力试验分析,对比了硬质合金钻头、PCD钻头、硬质合金铣刀、电镀金刚石磨料刀具等在复合材料制孔加工过程中的切削力变化情况,证明了螺旋铣磨制孔方法能有效降低切削力;通过分析不同工艺参数对切削力的影响规律,得到了适用于低刚度约束条件下的制孔工艺参数范围,证明了螺旋铣磨制孔方法在低刚度约束条件下的高适应性。(3)本文结合典型狭长深腔复合材料构件的结构特点与加工需求,完成了狭长深腔复合材料构件内孔自动化加工方案与设备设计;针对狭长深腔的结构特点,结合复合材料低切削力制孔工艺方法的研究成果,完成了加工系统的详细设计;并以轻量化为目的,完成了加工装置平台的减重优化与仿真验证,为狭长深腔构件的实际生产加工提供了理论与技术支撑。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】

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本文编号：2707641