陶瓷、FRP及其层叠复合构件的低频轴向振动套孔加工试验研究

发布时间：2020-06-11 13:06

【摘要】：现代战争对特种车辆的防护性和机动性要求日益提高,工程陶瓷、纤维增强树脂基复合材料(简称FRP)及其层叠复合构件密度低、比强度高,是高性能轻质装甲的绝佳材料,在装甲防护领域扮演着越来越重要的角色。由于成型工艺的制约,在防护装甲相互装配过程中,不可避免地需要进行二次孔加工。工程陶瓷及FRP均属于典型的难加工材料,且加工性能迥异,其层叠复合构件加工尤其困难。解决好这类高性能防护材料的加工问题,有利于其应用和发展。本文将金刚石钻头套孔加工技术和低频轴向振动加工技术相结合,对工程陶瓷、FRP及其层叠复合构件进行磨削钻孔试验研究,主要包括以下几点:(1)基于工程陶瓷的加工特性,结合压痕断裂力学模型,分析了陶瓷材料裂纹生成、扩展的方式及原因,并通过扫描电镜,从微观角度对Al_2O_3工程陶瓷的材料去除方式进行了深入研究;结合FRP的材料加工特性,通过建立出入口加工缺陷模型,讨论了GFRP出入口分层、纤维撕裂的产生原因;对低频轴向振动套孔加工过程中单颗磨粒的运动轨迹进行分析,揭示了低频轴向振动加工的工艺特性。(2)根据工程陶瓷、FRP的机加工特性,通过对套料钻工作部结构、组成成份、金刚石磨粒品级、粒度、浓度以及工艺流程进行设计,研制了烧结钎焊复合工艺薄壁金刚石套料钻。使用新型套料钻对Al_2O_3工程陶瓷进行加工试验,并采用扫描电镜对套料钻磨粒、端面和侧面的磨损形式和特征进行观察,试验结果验证了新型金刚石套料钻能够实现Al_2O_3工程陶瓷的恒速进给加工,而且使用寿命较为理想。(3)采用新型金刚石套料钻分别对Al_2O_3工程陶瓷、GFRP及其层叠复合构件进行低频轴向振动套孔加工试验。通过改变振动幅度来探究低频振动工艺对Al_2O_3工程陶瓷和GFRP孔加工质量的影响。以钻削轴向力为考核目标,采用正交试验法分析了加工参数对钻削轴向力的影响规律,并得到较佳的因素水平方案。分析了层叠复合构件磨削钻孔加工时出现底面脱胶和出口烧伤等加工缺陷的产生原因。
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江苏大学专业硕士论文除[9,10]，其加工原理如图 1.1 所示。加工工程陶瓷时设计和表面导电化处理，以改进材料的导电率。电火特别在陶瓷微小孔加工技术领域，开发出了电解电火工、辅助电极电火花孔加工等技术。电火花孔加工技，但在加工较大孔径工程陶瓷时，加工效率较低，成料进行复相设计和表面导电化处理，过程复杂，容易

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电源；2-工具电极；3-电解液；4-工件；5-辅图 1.1 电火花孔加工原理Fig.1.1 Principle of EDM hole processing术是在加工工具上施加超声振动，致使不断地冲击、抛磨工件表面，使工件表，其加工原理如图 1.2 所示。超声波加工，，尺寸精度比电火花加工高，可达 01μm，主要运用在陶瓷等硬脆材料的微率很低，成本较高。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB33;TJ810.4

【参考文献】