石英纤维增强陶瓷基复合材料制孔工艺研究及装置研制

发布时间：2017-07-26 11:20

  本文关键词：石英纤维增强陶瓷基复合材料制孔工艺研究及装置研制

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【摘要】：石英纤维增强陶瓷基复合材料(quartz fiber reinforced ceramic matrix composites,简称QFRCMCs)具有传统复合材料轻质高强的特性,同时其构成组分使其在耐磨蚀、耐高温、抗热冲击和透波等方面有其它材料不可比拟的优势,随着其制备技术的发展和航空航天领域对材料性能更高的要求,QFRCMCs逐渐成为天线罩等零件的首选材料,然而其高硬、耐磨和隔热等特性给切削加工带来巨大的困难,刀具耐用度低,且易产生加工缺陷,特别是天线罩内壁盲孔加工难度更大,效率极低。目前,我国对航空航天中用石英纤维增强陶瓷基复合材料天线罩内壁盲孔的加工还处于手工钻孔状态,严重影响了我国飞机、导弹等装备的研制进度。本论文针对航空航天企业等相关技术需求,开展了石英纤维增强陶瓷基复合材料天线罩内壁制盲孔的加工技术研究和装置的研制,主要研究内容和成果如下。(1)分别用硬质合金刀具钻孔、PCD刀具钻孔和电镀金刚石套料钻螺旋铣磨制孔,比较分析了其切削力、切削温度的变化规律以及在加工质量和刀具磨损等方面的优势和缺点。试验结果表明：PCD刀具钻孔和电镀金刚石套料螺旋铣制孔在加工QFRCMCs都有其独特的优势,PCD刀具钻孔具有相对较好的加工入口质量、制孔精度和刀具耐用度,确定了PCD刀具加工QFRCMCs相对合理的加工工艺参数范围,为天线罩内壁孔数控加工装置的研制提供了可靠的设计依据。套料钻螺旋铣磨制孔有更小的切削力、更低切削的温度和相对较好的孔壁质量。(2)鉴于PCD刀具制孔存在的不足和螺旋铣制孔的一些优势,分别采用硬质合金铣刀、PCD铣刀和电镀金刚石套料钻螺旋铣制孔进行了进一步的实验,并针对前面试验中套料钻螺旋铣磨制孔的不足进行了进一步研究。实验结果表明：同样材质的刀具采用螺旋铣制孔工艺有更小的切削力和更低切削温度,刀具耐用度更好；电镀金刚套料钻螺旋铣磨制孔乙过程中的制孔精度差、切刀痕可以通过提高刀具刚度解决；其刀具堵塞问题可以通过中空主轴的通气解决；其入口质量偏差可以通过材料表面覆盖凝结胶解决。(3)根据石英纤维增强陶瓷基复合材料天线罩零件的特征和加工需求,研制了天线罩内壁制盲孔的专用数控加工装置,并通过有限元分析对其结构进行优化,同时确定了合理可行的加工工艺,显著提高了天线罩内壁制孔的加工效率和加工质量,同时降低了生产成本,并未后续实现该类零件的自动化制孔加工奠定了一定基础。
【关键词】：石英纤维增强陶瓷基复合材料 天线罩 螺旋铣 PCD刀具 电镀金刚石套料钻 加工装置
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V257;TQ174.758.22
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 复合材料的应用概述10-11
• 1.2 纤维增强陶瓷基复合材料概述11-13
• 1.2.1 纤维增强陶瓷基复合材料的出现11
• 1.2.2 FRCMCs的特性及其在天线罩上的应用11-13
• 1.3 FRCMCs加工技术研究现状13-15
• 1.3.1 FRCMCs加工难点13-14
• 1.3.2 FRCMCs加工技术及工艺方法14-15
• 1.4 本课题的来源及研究的目的和意义15-17
• 1.5 论文研究内容17-18
• 2 石英纤维增强陶瓷基复合材料制孔工艺研究18-43
• 2.1 试验原理18-19
• 2.2 制孔试验设计19-22
• 2.2.1 刀具19-20
• 2.2.2 工件20
• 2.2.3 试验平台的构建20-22
• 2.3 切削力22-24
• 2.3.1 切削力随切削参数的变化22-23
• 2.3.2 X向和Y向切削力的分析23-24
• 2.3.3 切削力随钻孔个数的变化24
• 2.4 切削温度24-27
• 2.4.1 切削温度采样25
• 2.4.2 切削温度变化规律25-27
• 2.5 制孔质量27-30
• 2.5.1 孔壁和入口质量27-29
• 2.5.2 制孔直径和圆柱度29-30
• 2.6 刀具磨损30-33
• 2.7 刀具的确定及PCD刀具钻削工艺参数的选择33-34
• 2.8 螺旋铣制孔工艺研究34-42
• 2.8.1 刀具和材料35-36
• 2.8.2 试验平台的构建36
• 2.8.3 切削力36-37
• 2.8.4 加工质量37-39
• 2.8.5 刀具磨损39-42
• 2.9 本章小结42-43
• 3 天线罩内壁孔数控加工装置的设计43-61
• 3.1 天线罩结构特点及加工要求分析43-45
• 3.1.1 天线罩结构特点43-44
• 3.1.2 加工装置的要求44-45
• 3.1.3 主要难点45
• 3.2 天线罩内壁孔数控加工装置研制45-52
• 3.2.1 加工装置的总体方案45-46
• 3.2.2 天线罩内壁孔数控加工装置主要结构46-47
• 3.2.3 立柱和床身的设计47-48
• 3.2.4 直线运动机构的设计48-50
• 3.2.5 主轴的选用50-51
• 3.2.6 回转工作台设计51-52
• 3.3 专用夹具设计52-53
• 3.3.1 夹具的主要技术方案52-53
• 3.3.2 夹具的设计53
• 3.4 天线罩内壁孔数控加工装置的有限元分析53-61
• 3.4.1 加工装置模型建立54-55
• 3.4.2 加工装置部件的材质和接触定义及网格划分55-56
• 3.4.3 加工装置的静力分析56-58
• 3.4.4 加工装置的模态分析58-61
• 4 加工装置的制造与调试61-69
• 4.1 加工装置的制造61-62
• 4.2 加工装置调试62-64
• 4.2.1 静态精度检测62-63
• 4.2.2 加工装置的达到的主要指标及要求63-64
• 4.3 确定加工装置的加工工艺方法64-66
• 4.4 试验件加工验证66-67
• 4.4.1 样件加工试验设计66
• 4.4.2 样件加工效率及质量66-67
• 4.5 加工装置的主要特点67-68
• 4.6 项目研究效益及优化改进68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74-75

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本文编号：576133