超声振动辅助铣磨CFRP试验研究

发布时间：2017-11-06 10:18

本文关键词：超声振动辅助铣磨CFRP试验研究

【摘要】：碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)具有较高的比强度、比刚度、比模量等特性,也是由于此类特性,其在航空、航天、汽车制造等领域应用广泛,虽然此类材料在制造过程中采用了净近成型技术,但在装配、使用过程中,各部件之间仍需进行相应的配合,因此仍需对部件进行二次机加工。但由于CFRP材料本身具有的高硬度、各向异性、非均匀、散热性差等特点,使其在传统机加工过程中会出现毛刺、撕裂、分层之类的缺陷,且在二次机加工时刀具会出现磨损严重的问题;超声振动辅助铣磨加工(Ultrasonic Vibration Assisted Grinding,UAG)是一种新兴的复合加工方式,它既有超声加工加工质量好的优点,又能像铣磨加工一样保证较高的加工效率,而且能够较好的延长刀具寿命。有鉴于此,本文将UAG加工应用于CFRP加工中,利用自制的单层有序钎焊金刚石铣磨刀具对CFRP层合板和单向板进行相应的侧铣加工技术研究,并与铣磨加工(Conventional Grinding,CG)CFRP进行对比试验分析,分析UAG加工相较于CG加工的优势,通过相应的理论分析对此现象进行解释说明,对两种加工方式下的刀具磨损进行了相应的磨损试验研究,为后续UAG加工CFRP试验提供依据。本文完成的主要工作如下:(1)对UAG加工使用的单层有序钎焊金刚石铣磨刀具基体材料进行筛选确定,对刀具与超声系统匹配性进行ANSYS模态和谐响应分析,并进行相应的试验验证;对本文所使用的真空炉钎焊技术的钎焊工艺进行简略的介绍,并使用真空炉钎焊制备出试验所需的铣磨刀具。(2)研究UAG对CFRP切削力和表面质量的影响,使用自制的铣磨刀具对CFRP层合板进行UAG加工,对切削力随每齿进给量fz和径向切深ae的变化趋势进行分析,对比分析了UAG与CG两种加工方式在切削力和加工工件表面质量两方面的差异;使用UAG的加工方式对CFRP单向板进行相应的侧铣加工试验,研究振幅A与频率f对切削力和加工质量的影响,分析了振幅与频率的乘积对加工质量的影响的主次顺序;对比分析了相同参数下,不同纤维方向CFRP板材切削力的差异。(3)通过正交试验对UAG加工试验参数进行优选,对UAG与CG两种加工方式下刀具的磨损进行相应的试验研究,从切削力、切削力比、刀具磨损量和磨损形态四方面对两种加工方式下刀具磨损进行分析,为后续试验提供依据。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG65

【参考文献】

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