高速超高速磨削用CFRP砂轮的设计与制造

发布时间：2017-10-30 23:33

  本文关键词：高速超高速磨削用CFRP砂轮的设计与制造

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【摘要】：针对金属基体砂轮质量大、比强度比模量低,导致在高速超高速磨削中砂轮径向变形大、主轴负荷大、功率消耗高、抗振性差,影响磨削加工精度与加工表面质量的问题,开展碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)基体砂轮设计、制造及其性能研究。CFRP具有高比强度比模量、高疲劳强度、高阻尼、轻质、低热膨胀系数,以及可设计、易成型的特性,为制造适合高速超高速磨削用的砂轮基体提供了可能性。本文完成的主要工作及取得的成果如下:(1)采用ABAQUS有限元仿真软件,建立砂轮有限元模型,分析了CFRP砂轮与钢基体砂轮的性能差异。有限元仿真结果表明,CFRP砂轮的抗振性较好;在高速超高速磨削中,CFRP砂轮的径向变形、内应力、热变形均小于钢基体砂轮。(2)根据复合材料设计与加工要求,结合高速超高速砂轮制作要求,设计并制造出了一种准各向同性铺层结构的CFRP砂轮。(3)从砂轮的固有频率与阻尼、径向变形、功率消耗、基体温升、磨削过程中的振动等方面对CFRP砂轮的性能进行评价。试验结果表明,与钢基体砂轮相比,CFRP砂轮的阻尼特性较好;在高速超高速磨削中,CFRP砂轮的径向变形较小,磨削过程中的功率消耗与振动小。
【关键词】：高速超高速磨削 CFRP砂轮 钢基体砂轮 设计与制造 性能评价
【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】：TG743
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 高速超高速磨削技术的应用、研究及发展动态12-13
• 1.2 CFRP砂轮研究现状及问题13-17
• 1.2.1 CFRP的性能特点13
• 1.2.2 CFRP砂轮的设计与制造13-15
• 1.2.3 CFRP砂轮的磨削性能试验15-16
• 1.2.4 CFRP砂轮的工业应用16-17
• 1.3 课题拟开展的主要研究工作17-19
• 第二章 砂轮基体对砂轮性能影响19-32
• 2.1 有限元仿真模型构建19-22
• 2.1.1 几何模型19-20
• 2.1.2 材料属性20-21
• 2.1.3 边界条件与载荷21
• 2.1.4 网格划分21-22
• 2.2 有限元仿真结果分析22-30
• 2.2.1 砂轮的应力分析22-24
• 2.2.2 砂轮的径向变形分析24-25
• 2.2.3 砂轮的模态分析25-27
• 2.2.4 砂轮基体热应力与热变形分析27-29
• 2.2.5 砂轮的瞬时模态动态分析29-30
• 2.3 本章小结30-32
• 第三章 CFRP砂轮的设计与制作32-47
• 3.1 CFRP砂轮的铺层方式理论分析32-35
• 3.2 铺层方式有限元仿真验证35-40
• 3.2.1 有限元模型与网格划分35-36
• 3.2.2 材料属性36-37
• 3.2.3 边界条件与载荷37
• 3.2.4 不同铺层方式砂轮基体径向变形仿真分析37-38
• 3.2.5 不同铺层方式砂轮基体最大应力分析38-39
• 3.2.6 不同铺层方式砂轮基体固有频率分析39-40
• 3.3 CFRP砂轮的制作40-45
• 3.3.1 CFRP基体结构设计40-41
• 3.3.2 CFRP基体选材方案41
• 3.3.3 CFRP砂轮基体的制作41-43
• 3.3.4 CFRP基体的加工43-44
• 3.3.5 CFRP砂轮节块的制作44
• 3.3.6 CFRP砂轮的动平衡44-45
• 3.4 CFRP砂轮安全回转试验45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 CFRP砂轮的磨削性能试验47-61
• 4.1 试验条件47-49
• 4.1.1 试验设备47-48
• 4.1.2 砂轮48
• 4.1.3 工艺参数48-49
• 4.2 砂轮的动态性能分析49-52
• 4.2.1 砂轮的模态分析49-50
• 4.2.2 砂轮基体温升测量50-51
• 4.2.3 砂轮径向变形测量51-52
• 4.3 砂轮的磨削性能分析52-59
• 4.3.1 砂轮启动功率分析53-54
• 4.3.2 砂轮空耗功率分析54-55
• 4.3.3 磨削功率分析55-56
• 4.3.4 磨削过程中的振动分析56-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 总结与展望61-63
• 5.1 总结61
• 5.2 展望61-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 张景强;王贵和;于天彪;王宛山;;超高速陶瓷CBN砂轮结构优化设计[J];中国机械工程;2011年16期

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3 李长河;修世超;蔡光起;;超高速磨削砂轮技术发展[J];工具技术;2008年04期

4 庞子瑞;王晋生;李长河;蔡光起;;超高速磨削的特点及其关键技术[J];机械设计与制造;2007年04期

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本文编号：1119859