NOMEX蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割机理研究

发布时间：2017-08-20 22:19

  本文关键词：NOMEX蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割机理研究

  更多相关文章： NOMEX蜂窝复合材料 直刃刀 超声复合切割 运动学 切割力 工艺参数优化

【摘要】：由于NOMEX蜂窝复合材料具有高比强度、高比刚度、耐腐蚀、绝缘性能好等一系列优良特性，目前在航天航空领域已得到广泛应用。NOMEX蜂窝复合材料是一种典型的难加工纤维材料，传统的高速铣削加工时,材料表面容易出现基体开裂、毛刺、外形缺陷等现象，这些加工缺陷降低了结构件的使用性能，难以满足航空航天领域的应用需求。针对这些问题，近年来国内开始引进超声复合切割技术，但是由于该技术在国内起步较晚，目前对超声复合切割加工技术的研究还处于初级阶段，对蜂窝复合材料的加工研究仅限于铣削加工原理及加工工艺方面，对蜂窝复合材料的超声复合切割加工尚未进行系统化的从加工机理到加工工艺研究，以至于尚未能够实现蜂窝复合材料的高效、优质加工，这在一定程度上限制了其在航空领域的应用。针对此本文以直刃刀超声复合切割NOMEX蜂窝复合材料为研究对象，开展超声复合切割机理及加工工艺参数优化研究，主要研究内容与成果如下： （1）针对目前未形成完善的NOMEX蜂窝复合材料超声复合切割加工机理体系，本文基于直刃刀超声蜂窝复合材料运动学特性分析，应用动态断裂力学理论研究蜂窝复合材料超声复合切割微观断裂机理，研究表明加入超声振动后，振动冲击作用引起材料内部裂纹快速扩展，材料出现超前微观断裂，从而减小了切割力。并在此基础上，建立了切割力与工艺参数及刀具参数的关系理论模型，为工艺参数优化奠定理论基础。 （2）针对当前NOMEX蜂窝复合材料超声切割加工中工艺参数具有盲目性以及加工质量、加工效率不理想问题，本文进行直刃刀有超声和无超声两种条件下切割NOMEX蜂窝复合材料的切割力试验研究。研究表明与普通切割加工相比，超声复合切割加工可以有效地降低切割力，获得较好的表面加工质量，具有突出加工优势；研究总结各切割参数及切割参数两两交互作用对切割力的影响，研究表明合理选择刀具摆角、刀具前倾角、切割深度工艺参数对减小切割力改善加工质量具有重要意义，并为工艺参数优化提供理论依据；研究结果很好地验证了建立的切割力理论模型正确性； （3）针对超声切割加工中切割参数如何合理选择一直没有得到很好的解决问题，本文以提高加工效率和加工质量为出发点，建立以切割力和材料去除率为优化目标函数，，开展优化切割参数优化研究，应用一种结合了遗传算法的全局搜索寻优和非线性规划算法的局部寻优的优化算法进行切割参数的优化计算，获取最佳工艺参数。优化结果表明:优化工艺参数的结果与理论分析结果相一致，说明该优化结果的正确性，可为实际加工过程中的工艺参数的合理选择提供了一定的参考价值。
【关键词】：NOMEX蜂窝复合材料 直刃刀 超声复合切割 运动学 切割力 工艺参数优化
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V250
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 NOMEX 蜂窝复合材料的特性及应用11-13
• 1.1.1 NOMEX 蜂窝复合材料的特性11-12
• 1.1.2 NOMEX 蜂窝复合材料的应用12-13
• 1.2 NOMEX 蜂窝复合材料及加工的研究现状13-16
• 1.2.1 NOMEX 蜂窝复合材料的性能研究现状13-14
• 1.2.2 NOMEX 蜂窝复合材料铣削工艺研究现状14-15
• 1.2.3 NOMEX 蜂窝复合材料的切削机理研究现状15-16
• 1.2.4 NOMEX 蜂窝复合材料超声复合切割技术研究现状16
• 1.3 课题的来源、研究意义与目的、技术路线及主要研究内容16-21
• 1.3.1 课题的来源16
• 1.3.2 论文的研究意义与目的16-17
• 1.3.3 论文的研究内容和技术路线17-19
• 1.3.4 论文的框架及内容19-21
• 1.4 本章小结21-22
• 第二章 NOMEX 蜂窝复合材料超声复合切割加工技术及工艺22-31
• 2.1 引言22
• 2.2 超声加工技术22-26
• 2.2.1 超声加工原理22-23
• 2.2.2 超声波加工设备的组成23-25
• 2.2.3 超声波加工特点及应用25-26
• 2.3 数控超声复合切割技术26-28
• 2.3.1 NOMEX 蜂窝复合材料超声复合切割技术的发展26
• 2.3.2 超声复合切割加工原理26-27
• 2.3.3 超声复合切割加工的特点及应用27-28
• 2.4 NOMEX 蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割加工工艺28-30
• 2.4.1 NOMEX 蜂窝复合材料超声复合切割的固持方法28-29
• 2.4.2 NOMEX 蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割加工工艺分析29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 NOMEX 蜂窝复合材料超声复合切割微观断裂机理及切割力建模31-51
• 3.1 前言31
• 3.2 NOMEX 蜂窝复合材料的本构特征分析31-35
• 3.2.1 蜂窝复合材料相对密度32
• 3.2.2 蜂窝复合材料面内力学特性32-34
• 3.2.3 蜂窝复合材料面外力学特性34-35
• 3.3 NOMEX 蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割运动特性分析35-37
• 3.3.1 NOMEX 蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割运动学分析35
• 3.3.2 超声复合切割中刀具—工件间断性接触分析35-37
• 3.4 基于断裂力学的蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割微观断裂机理研究37-44
• 3.4.1 在超声振动冲击作用下切割蜂窝复合材料的力分析37-38
• 3.4.2 在超声振动冲击作用下 NOMEX 蜂窝复合材料微观断裂分析38-44
• 3.5 直刃刀超声复合切割 NOMEX 蜂窝复合材料的切割力建模44-49
• 3.5.1 无超声作用下直刃刀切割蜂窝复合材料的切割力分析45-47
• 3.5.2 有超声作用下直刃刀切割蜂窝复合材料的切割力分析47-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第四章 NOMEX 蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割力试验研究51-74
• 4.1 前言51
• 4.2 实验测量装置及材料51-54
• 4.2.1 实验设备51-52
• 4.2.2 实验材料52-53
• 4.2.3 实验测量系统及原理53-54
• 4.2.4 基于虚拟仪器的测力平台54
• 4.3 NOMEX 蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割力试验方案设计54-57
• 4.3.1 试验设计概述54-55
• 4.3.2 试验方案设计55-57
• 4.4 有超声和无超声条件下 NOMEX 蜂窝复合材料切割试验研究57-72
• 4.4.1 单因素试验57-59
• 4.4.2 单因素实验结果分析59-63
• 4.4.2.1 有超声和无超声下切割蜂窝复合材料的切割力对比分析59-60
• 4.4.2.2 工艺参数对切割力的影响规律分析及切割力理论模型验证60-63
• 4.4.3 正交试验63-64
• 4.4.4 实验结果分析64-70
• 4.4.4.1 工艺参数对切割力的显著性分析64-65
• 4.4.4.2 因素两两交互作用对切割力的影响规律分析65-70
• 4.4.5 无超声和有超声条件下 NOMEX 蜂窝复合材料加工表面质量分析70-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第五章 基于遗传算法和非线性规划函数寻优算法优化切割参数74-84
• 5.1 前言74
• 5.2 基于遗传算法和非线性规划函数寻优算法理论74-78
• 5.2.1 遗传算法的原理75-78
• 5.2.2 非线性规划寻优78
• 5.2.3 终止循环准则78
• 5.3 建立切割参数优化的数学模型78-81
• 5.3.1 切割参数优化目标函数78-80
• 5.3.2 切割参数优化设计变量80
• 5.3.3 切割参数优化的约束条件80-81
• 5.4 工艺参数的优化结果分析81-83
• 5.5 本章小结83-84
• 第六章 结论与展望84-87
• 6.1 结论84-85
• 6.2 展望85-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-92
• 附录92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 庄守兵,吴长春,冯淼林,袁振;基于均匀化方法的多孔材料细观力学特性数值研究[J];材料科学与工程;2001年04期

2 郝巍;马科峰;罗玉清;张广成;;芳纶纸蜂窝及其夹层结构的研究进展[J];材料开发与应用;2011年06期

3 曹凤国,张勤俭;超声加工技术的研究现状及其发展趋势[J];电加工与模具;2005年S1期

4 李春红;李风;张永俊;梁校永;;超声加工技术的发展及其应用[J];电加工与模具;2008年05期

5 罗玉清;郝巍;;民用芳纶纸蜂窝性能的研究[J];高科技纤维与应用;2009年01期

6 许潮华 ,张小珍 ,宋桂枝;新型Nomex蜂窝芯材及其制造[J];航空材料;1984年05期

7 李勇;直九机用Nomex蜂窝研究[J];航空材料学报;1996年01期

8 崔巍;高军;;超声切割技术在复合材料加工领域的应用[J];航空制造技术;2006年06期

9 高军;崔巍;;超声切割技术在复合材料加工领域的应用[J];航空制造技术;2008年04期

10 侯小林;祝益军;;蜂窝结构件的数控加工[J];航空制造技术;2009年S1期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 冯冬菊;超声波铣削加工原理及相关技术研究[D];大连理工大学;2006年

2 金成柱;NOMEX蜂窝材料高速加工工艺及固持可靠性研究[D];浙江大学;2006年

3 周志伟;泡沫铝合金与芳纶纸蜂窝的屈服行为研究[D];太原理工大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 任宇江;碳纤维复合材料的超声辅助磨削加工技术研究[D];大连理工大学;2010年

2 杨波;新型钛合金切削加工表面完整性及切削参数优化研究[D];南京航空航天大学;2010年

3 王华吉;复合材料蜂窝夹层结构制备及其力学性能分析[D];哈尔滨工业大学;2010年

4 伊淑梅;基于LabVIEW的切削力测量虚拟仪器设计[D];华北电力大学（河北）;2005年

5 张文峰;纸基复合蜂窝板力学性能研究[D];安徽理工大学;2006年

6 范晔;蜂窝材料在面内冲击下的变形模式与能量吸收[D];浙江大学;2008年

7 薛辉;纸基蜂窝模块化固持工艺及加工工艺中若干问题的研究[D];浙江大学;2010年

8 刘岗;精密车削表面粗糙度预测及切削参数优化研究[D];燕山大学;2010年

9 李贵花;旋转超声加工振动系统的研究[D];北方工业大学;2010年

10 李杰;NOMEX纸基蜂窝材料的组合铣刀高速铣削研究[D];大连理工大学;2012年

本文编号：709205