CFRP制件定心内齿槽加工关键技术研究

发布时间：2017-07-27 14:35

  本文关键词：CFRP制件定心内齿槽加工关键技术研究

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【摘要】：碳纤维增强复合材料(CFRP)具有比强度高、比模量大等特点,在军工及航天领域具有广泛的应用前景。但其层合机构、各向异性等特点导致加工时的切削力极其不均匀,又由于CFRP制件内孔较深且内齿槽分布在深长孔中,使镗杆的结构和尺寸受到一定的限制,造成镗杆的刚度较低,很容易产生振动,刀具易磨损,加工效率低,本文针对CFRP弹托制件深孔内齿槽加工的关键技术展开研究。首先对CFRP的加工机理进行了探究,根据弹托制件定心内齿槽的结构特点制定了定心内齿槽的加工工艺,分析了内齿槽的加工方案,并设计了内齿槽加工成型刀片。其次根据CFRP制件定心内齿槽的加工特点,设计了专用减振镗杆的结构,建立了其动力学模型,并研制了动力减振镗杆。通过模态试验分析了减振镗杆的阻尼比,确定了减振器中橡胶圈和阻尼液的参数,减振镗杆相对于普通镗杆阻尼比最大可提高492.5%。并通过ANSYS仿真和实际加工试验分析了减振镗杆的减振性能,减振镗杆的共振振幅约为普通镗杆的5.95%,动刚度提高了15.85倍,减振镗杆能够有效的降低刀具磨损,镗孔时刀具的磨损可降低7.4%,同时能够提高表面加工质量,有效减少因刀具振动产生的刀纹。最后利用减振镗杆进行了CFRP镗孔及内齿槽加工试验,分析了不同加工工艺参数下的切削力和表面加工质量,表明在背吃刀量为0.3mm、切削速度为34m/min、进给量为0.06mm/r的参数条件下镗孔加工效果较好,在切削速度为18m/min、进给量为0.032mm/r的参数条件下可获得良好的齿槽加工效果。
【关键词】：CFRP 深孔 减振镗杆 切削力 刀具磨损
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TG506.7
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 碳纤维增强复合材料的应用与加工技术研究现状10-12
• 1.2.1 碳纤维增强复合材料的应用10-11
• 1.2.2 碳纤维增强复合材料的加工技术研究现状11-12
• 1.3 减振镗杆的国内外研究水平和发展趋势12-15
• 1.4 课题来源15
• 1.5 论文主要研究内容15-17
• 2 CFRP材料加工机理及制件内齿槽的加工工艺分析17-27
• 2.1 CFRP制件定心内齿槽加工难点的分析17-19
• 2.1.1 CFRP制件定心内齿槽加工尺寸及表面加工要求17
• 2.1.2 CFRP制件深长孔的镗削特点17-18
• 2.1.3 CFRP内齿槽加工难点18-19
• 2.2 CFRP材料性能特点及切削加工机理分析19-23
• 2.2.1 CFRP材料特性19-20
• 2.2.2 CFRP纤维切削去除机理20-22
• 2.2.3 CFRP制件镗削纤维切除过程22-23
• 2.3 CFRP制件定心内齿槽的相关工艺研究23-26
• 2.3.1 CFRP毛坯前期处理23
• 2.3.2 内齿槽的加工工艺路线制定23-24
• 2.3.3 内齿槽加工方案及成型刀设计24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 CFRP制件定心内齿槽加工的减振镗杆设计27-43
• 3.1 减振镗杆的结构设计27-30
• 3.1.1 减振部分的设计27-29
• 3.1.2 镗杆本体的设计29-30
• 3.1.3 刀头的设计30
• 3.2 减振系统模型的建立30-34
• 3.2.1 系统物理模型30-32
• 3.2.2 系统数学模型32-34
• 3.3 减振器的设计34-37
• 3.3.1 减振块的设计34-35
• 3.3.2 环形橡胶圈的设计35-36
• 3.3.3 阻尼液的选取36-37
• 3.4 减振镗杆模态试验研究37-41
• 3.4.1 试验系统37-38
• 3.4.2 试验方案38-39
• 3.4.3 试验结果及阻尼比分析39-40
• 3.4.4 环形橡胶圈厚度对阻尼比的影响40-41
• 3.4.5 阻尼液粘度系数对阻尼比的影响41
• 3.5 本章小结41-43
• 4 减振镗杆的减振性能分析43-50
• 4.1 减振镗杆动态特性的有限元分析43-46
• 4.1.1 ANSYS谐响应分析简介43-44
• 4.1.2 减振镗杆有限元模型的建立44
• 4.1.3 减振镗杆固有频率分析44-45
• 4.1.4 减振镗杆谐响应分析45-46
• 4.2 减振镗杆与普通镗杆镗孔加工刀具磨损对比46-47
• 4.2.1 试验条件及方案46-47
• 4.2.2 试验结果及分析47
• 4.3 减振镗杆与普通镗杆加工表面质量对比47-49
• 4.3.1 试验条件及方案47-48
• 4.3.2 试验结果及分析48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 减振镗杆加工CFRP制件定心内齿槽的试验研究50-66
• 5.1 试验准备50-53
• 5.1.1 试验工件50
• 5.1.2 试验刀具50-51
• 5.1.3 机床及测力仪51-52
• 5.1.4 镗削夹具设计52-53
• 5.1.5 除尘系统53
• 5.2 减振镗杆镗削CFRP制件内孔的切削力研究53-58
• 5.2.1 试验条件及方案53-54
• 5.2.2 试验结果54-56
• 5.2.3 背吃刀量对切削力的影响56-57
• 5.2.4 切削速度对切削力的影响57
• 5.2.5 进给速度对切削力的影响57-58
• 5.3 减振镗杆加工CFRP制件内齿槽的切削力研究58-62
• 5.3.1 试验条件及方案58-59
• 5.3.2 试验结果59-60
• 5.3.3 切削速度对切削力的影响60-61
• 5.3.4 进给速度对切削力的影响61-62
• 5.4 CFRP制件定心内齿槽加工质量分析62-65
• 5.4.1 镗孔表面的加工质量分析62-63
• 5.4.2 内齿槽表面的加工质量分析63-64
• 5.4.3 内齿槽槽口的加工质量分析64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 6 总结与展望66-68
• 6.1 全文总结66-67
• 6.2 工作展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-74
• 附录74

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本文编号：581929