基于断裂力学的Nomex蜂窝复合材料超声切割机理研究

发布时间：2018-07-20 13:34

【摘要】：Nomex蜂窝复合材料的超声切割技术克服了传统高速铣削中存在的工件固持困难、加工粉尘大等问题。基于断裂力学研究Nomex蜂窝复合材料的超声切割机理,为超声切割工艺参数优化以及超声波声学主轴的优化设计提供理论依据。根据直刃刀超声切割Nomex蜂窝复合材料加工工艺,建立直刃刀的运动学方程,分析得到超声切割断续加工过程中直刃刀与材料相互作用时间关系;应用断裂力学理论,引入动态应力强度因子建立蜂窝复合材料的断裂韧性模型,研究超声切割作用下蜂窝复合材料的微观断裂过程,根据直刃刀位移和裂纹扩展的关系模型,分析切削力的影响因素,并进行仿真研究。研制了超声切割工艺试验台,对蜂窝复合材料进行了有超声和无超声切割加工的对比试验,试验结果显示超声切割显著地减小了切削力,也证实了冲击产生的微裂纹扩展是蜂窝复合材料在直刃刀超声切割作用下,切割力减小的主要原因。理论分析和试验研究表明基于断裂力学的Nomex蜂窝复合材料超声切割机理研究具有有效性和合理性。
[Abstract]:The ultrasonic cutting technology of Nomex honeycomb composites overcomes the problems of high speed milling, such as hard holding of workpiece and large dust. The ultrasonic cutting mechanism of Nomex honeycomb composites is studied based on fracture mechanics, which provides a theoretical basis for the optimization of ultrasonic cutting parameters and the optimum design of ultrasonic acoustic spindle. According to the technology of ultrasonic cutting Nomex honeycomb composite material with straight edge knife, the kinematics equation of straight edge cutter is established, and the time relation between straight edge knife and material in ultrasonic cutting intermittent machining is analyzed, and the fracture mechanics theory is applied. The fracture toughness model of honeycomb composites was established by introducing dynamic stress intensity factor. The microfracture process of honeycomb composites under ultrasonic cutting was studied. The influencing factors of cutting force are analyzed and simulated. The ultrasonic cutting process test bench was developed, and the ultrasonic and non-ultrasonic cutting experiments of honeycomb composites were carried out. The experimental results showed that the cutting force was significantly reduced by ultrasonic cutting. It is also proved that the microcrack propagation caused by impact is the main reason for the reduction of cutting force of honeycomb composites under the action of ultrasonic cutting with straight edge knife. Theoretical analysis and experimental study show that the ultrasonic cutting mechanism of Nomex honeycomb composites based on fracture mechanics is effective and reasonable.
【作者单位】： 杭州电子科技大学机械工程学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51475130)
【分类号】：TG663

【参考文献】

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【共引文献】

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