蜂窝复合材料超声切割主轴关键技术与实验研究
发布时间：2021-08-27 14:33
由于NOMEX蜂窝复合材料具有高比强度和比刚度等优良特性,目前已被广泛应用于航空航天等领域。然而,对于蜂窝复合材料的加工,国外大量机床厂商开发了超声切割设备,已广泛用于航空航天制造企业,加工质量和效率较高。而国内还局限于传统高速铣削加工,加工质量和效率不佳且大量的粉尘会造成环境问题,难以适应航空航天工业要求。此外,国内对超声切割机床的采购价格昂贵,在设备使用和维护方面也受制于国外机床厂商,非常不利于我国航空航天事业的发展。因此,自主研发超声切割机床及相关装备,实现蜂窝复合材料超声切割设备的国产化,提高我国的特种加工装备制造水平,具有非常重要的意义。针对上述问题,本文开展了超声切割主轴及其声学系统的研究工作:通过对主轴的功能和结构要求分析,设计适用于NOMEX蜂窝复合材料超声切割加工的主轴系统;基于有限元法,设计与超声切割主轴相匹配的超声切割声学系统,并着重对声学系统的变幅杆部分进行分析和优化;通过实验对声学系统的谐振频率、阻抗特性和振幅等参数的测试,并观察切削表面质量,验证超声切割主轴及其声学系统设计的正确性和可行性。具体研究内容及成果如下:（1）对NOMEX蜂窝复合材料的特点及应用进...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NOMEX蜂窝复合材料NOMEX蜂窝复合材料的主要构成材料为芳纶纸，其化学成分主要有间位芳纶和对位芳
蜂窝复合材料的应用MEX 蜂窝复合材料的各种优良特性，包括高比强度和比刚度、低密的结构稳定性、隔音隔热等特点，目前已被广泛应用于民用飞机道交通等领域[11-13]。飞机领域0 年代，波音公司首次将蜂窝复合材料用于飞机地板的制作，从此。目前，国内外很多飞机制造企业在飞机的地板、机翼等结构构，最新的中国商飞 C919 客机上，NOMEX 蜂窝复合材料也应用，对机身减重有明显效果。图 1.2 为空客 A380 机翼中使用的 N音公司最新研发的 787 超远程客机，其在复合材料的使用上更是比例，得益于复合材料的大量使用，其机身零件数量可以大幅减构，机身轻、噪音小、操作灵活，与同等大小飞机相比，能够节省 30%，被称为绿色客机，给波音 787 带来了强大的竞争力[14]。
工方法也沿用的金属切削方法，即通过刀具的高速旋转去除材料，这也是目前国内应用最为广泛的蜂窝复合材料的加工方式[20]。NOMEX 蜂窝复合材料的高速铣削需要较高的主轴转速，世界知名的德国 DMG 公司生产的高速数控机床，其主轴转速可达 42000r/min，采用铣刀可以轻松将 NOMEX 蜂窝复合材料打成碎片。目前 NOMEX 蜂窝复合材料的高速铣削加工所使用的刀具主要是切割打碎组合铣刀，这种刀具主要由刀片、刀体和刀杆组成，在切割加工过程中，刀片将蜂窝复合材料从毛坯上割断，刀体通常是多片锯片铣刀组成，其作用是将上层蜂窝复合材料撕裂成碎片或粉末，通常用于大量去除材料的粗加工。在精加工的过程中，通常采用没有刀体的圆片铣刀，通过切割开薄层蜂窝材料，达到精加工型面的目的[21]。如下图 1.4 所示为美国 Cronsrud 公司采用锯齿形铣刀进行 NOMEX 蜂窝复合材料的高速铣削加工。不同于金属材料，NOMEX 蜂窝复合材料因为其结构特点导致其并不能采用常规的夹具夹持，目前常用的夹持方法主要有两种：其一是双面胶带固定，利用双面胶带，一面黏在夹具上，另一面黏在工件上进行固定；其二是隔膜法，用塑料制成的隔膜黏在蜂窝复合材料的上表面，再从机床工作台上将蜂窝孔格中的空气抽出形成负压，达到固定的目的，这种方式只适用于边缘轮廓的加工，不能对蜂窝复合材料上表面进行切除[22,23]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]三种间位芳纶纸蜂窝力学性能及断口形貌分析[J]. 马科峰,刘杰,王萌,郝巍. 工程塑料应用. 2017(02)
[2]力负载对超声切割声学系统谐振频率及谐振阻抗的影响[J]. 纪华伟,虞文泽,胡小平. 振动与冲击. 2016(23)
[3]圆锥型复合变幅杆优化及动力学特性[J]. 陈汇资,赵波,卞平艳,唐军. 应用声学. 2016(01)
[4]蜂窝复合材料超声辅助切割工具设计[J]. 吴欣,胡小平,于保华,纪华伟,陆志平,夏晓晴. 中国机械工程. 2015(06)
[5]蜂窝复合材料超声切割力建模及工艺参数选择研究[J]. 黄秀秀,胡小平,于保华. 机电工程. 2015(01)
[6]超声变幅杆的模态分析和谐响应分析[J]. 黄霞春,杨益梅,赵奇. 装备制造技术. 2013(11)
[7]国产芳纶纸蜂窝性能的研究[J]. 马春花,刘玉. 高科技纤维与应用. 2013(03)
[8]超声波铣床基于CATIA V5复合材料蜂窝件数控编程方法研究[J]. 张永岩,张超,李薇. 航空制造技术. 2012(09)
[9]外圈旋转轴承润滑寿命计算及分析[J]. 赵联春,白雪峰,晏丽明,王东. 轴承. 2012(02)
[10]旋转超声加工变幅杆有限元分析[J]. 夏天煜,汤晓华,罗红旗,郑维智. 木材加工机械. 2011(06)
博士论文
[1]芳纶纤维和芳纶浆粕的结构与芳纶纸特性的相关性研究[D]. 赵会芳.陕西科技大学 2012
[2]NOMEX蜂窝材料高速加工工艺及固持可靠性研究[D]. 金成柱.浙江大学 2006
硕士论文
[1]某皮卡车架轻量化分析与碰撞性能验证[D]. 广云鹏.河北工程大学 2016
[2]NOMEX蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割机理研究[D]. 黄秀秀.杭州电子科技大学 2015
[3]面向Nomex蜂窝芯复合材料超声切割的智能化电源系统研究[D]. 韩丽轩.杭州电子科技大学 2015
[4]铝合金车门外板冲压成形工艺设计与工艺参数稳健优化[D]. 胡蕾.湖南大学 2014
[5]基于频率自动跟踪与振幅恒定控制的超声电源的研制[D]. 唐新星.北京交通大学 2014
[6]蜂窝材料高速铣削过程分析与数值模拟[D]. 聂兵.大连理工大学 2013
[7]TH6213数控镗铣床主轴部件的优化设计[D]. 徐亚鑫.苏州大学 2013
[8]电主轴单元结构及静动态性能的研究[D]. 徐化文.兰州理工大学 2010
[9]超声变幅杆的优化设计及声学特性分析[D]. 高洁.陕西师范大学 2006
本文编号：3366530
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NOMEX蜂窝复合材料NOMEX蜂窝复合材料的主要构成材料为芳纶纸，其化学成分主要有间位芳纶和对位芳
蜂窝复合材料的应用MEX 蜂窝复合材料的各种优良特性，包括高比强度和比刚度、低密的结构稳定性、隔音隔热等特点，目前已被广泛应用于民用飞机道交通等领域[11-13]。飞机领域0 年代，波音公司首次将蜂窝复合材料用于飞机地板的制作，从此。目前，国内外很多飞机制造企业在飞机的地板、机翼等结构构，最新的中国商飞 C919 客机上，NOMEX 蜂窝复合材料也应用，对机身减重有明显效果。图 1.2 为空客 A380 机翼中使用的 N音公司最新研发的 787 超远程客机，其在复合材料的使用上更是比例，得益于复合材料的大量使用，其机身零件数量可以大幅减构，机身轻、噪音小、操作灵活，与同等大小飞机相比，能够节省 30%，被称为绿色客机，给波音 787 带来了强大的竞争力[14]。
工方法也沿用的金属切削方法，即通过刀具的高速旋转去除材料，这也是目前国内应用最为广泛的蜂窝复合材料的加工方式[20]。NOMEX 蜂窝复合材料的高速铣削需要较高的主轴转速，世界知名的德国 DMG 公司生产的高速数控机床，其主轴转速可达 42000r/min，采用铣刀可以轻松将 NOMEX 蜂窝复合材料打成碎片。目前 NOMEX 蜂窝复合材料的高速铣削加工所使用的刀具主要是切割打碎组合铣刀，这种刀具主要由刀片、刀体和刀杆组成，在切割加工过程中，刀片将蜂窝复合材料从毛坯上割断，刀体通常是多片锯片铣刀组成，其作用是将上层蜂窝复合材料撕裂成碎片或粉末，通常用于大量去除材料的粗加工。在精加工的过程中，通常采用没有刀体的圆片铣刀，通过切割开薄层蜂窝材料，达到精加工型面的目的[21]。如下图 1.4 所示为美国 Cronsrud 公司采用锯齿形铣刀进行 NOMEX 蜂窝复合材料的高速铣削加工。不同于金属材料，NOMEX 蜂窝复合材料因为其结构特点导致其并不能采用常规的夹具夹持，目前常用的夹持方法主要有两种：其一是双面胶带固定，利用双面胶带，一面黏在夹具上，另一面黏在工件上进行固定；其二是隔膜法，用塑料制成的隔膜黏在蜂窝复合材料的上表面，再从机床工作台上将蜂窝孔格中的空气抽出形成负压，达到固定的目的，这种方式只适用于边缘轮廓的加工，不能对蜂窝复合材料上表面进行切除[22,23]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]三种间位芳纶纸蜂窝力学性能及断口形貌分析[J]. 马科峰,刘杰,王萌,郝巍. 工程塑料应用. 2017(02)
[2]力负载对超声切割声学系统谐振频率及谐振阻抗的影响[J]. 纪华伟,虞文泽,胡小平. 振动与冲击. 2016(23)
[3]圆锥型复合变幅杆优化及动力学特性[J]. 陈汇资,赵波,卞平艳,唐军. 应用声学. 2016(01)
[4]蜂窝复合材料超声辅助切割工具设计[J]. 吴欣,胡小平,于保华,纪华伟,陆志平,夏晓晴. 中国机械工程. 2015(06)
[5]蜂窝复合材料超声切割力建模及工艺参数选择研究[J]. 黄秀秀,胡小平,于保华. 机电工程. 2015(01)
[6]超声变幅杆的模态分析和谐响应分析[J]. 黄霞春,杨益梅,赵奇. 装备制造技术. 2013(11)
[7]国产芳纶纸蜂窝性能的研究[J]. 马春花,刘玉. 高科技纤维与应用. 2013(03)
[8]超声波铣床基于CATIA V5复合材料蜂窝件数控编程方法研究[J]. 张永岩,张超,李薇. 航空制造技术. 2012(09)
[9]外圈旋转轴承润滑寿命计算及分析[J]. 赵联春,白雪峰,晏丽明,王东. 轴承. 2012(02)
[10]旋转超声加工变幅杆有限元分析[J]. 夏天煜,汤晓华,罗红旗,郑维智. 木材加工机械. 2011(06)
博士论文
[1]芳纶纤维和芳纶浆粕的结构与芳纶纸特性的相关性研究[D]. 赵会芳.陕西科技大学 2012
[2]NOMEX蜂窝材料高速加工工艺及固持可靠性研究[D]. 金成柱.浙江大学 2006
硕士论文
[1]某皮卡车架轻量化分析与碰撞性能验证[D]. 广云鹏.河北工程大学 2016
[2]NOMEX蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割机理研究[D]. 黄秀秀.杭州电子科技大学 2015
[3]面向Nomex蜂窝芯复合材料超声切割的智能化电源系统研究[D]. 韩丽轩.杭州电子科技大学 2015
[4]铝合金车门外板冲压成形工艺设计与工艺参数稳健优化[D]. 胡蕾.湖南大学 2014
[5]基于频率自动跟踪与振幅恒定控制的超声电源的研制[D]. 唐新星.北京交通大学 2014
[6]蜂窝材料高速铣削过程分析与数值模拟[D]. 聂兵.大连理工大学 2013
[7]TH6213数控镗铣床主轴部件的优化设计[D]. 徐亚鑫.苏州大学 2013
[8]电主轴单元结构及静动态性能的研究[D]. 徐化文.兰州理工大学 2010
[9]超声变幅杆的优化设计及声学特性分析[D]. 高洁.陕西师范大学 2006
本文编号：3366530
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3366530.html
