碳纤维复合材料旋转超声铣磨加工技术研究

发布时间：2016-12-17 07:58

  本文关键词：碳纤维复合材料旋转超声铣磨加工技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

《大连理工大学》 2009年

碳纤维复合材料旋转超声铣磨加工技术研究

陈雄兵  

【摘要】： 碳纤维复合材料作为一种先进的复合材料,具有优良的物理性能和力学特性,在航空航天、军事装备、体育用品、汽车制造等领域得到广泛应用。随着碳纤维复合材料性能的不断提升和加工质量要求的不断提高,采用传统的加工方法加工碳纤维复合材料越来越难以保证工件需满足的各项质量要求,如加工后的工件尺寸精度和表面质量很难得到保证,加工过程中易分层掉渣,表面易形成凹坑等。 针对上述碳纤维复合材料难加工的特点,本论文采用超声加工和传统加工相结合的方式,在传统铣磨加工基础上施加超声振动,以寻求提高工件尺寸精度和表面质量的方法。主要研究内容和结论如下: 首先,搭建超声铣磨试验平台。根据选定的超声振动频率,设计超声发生器和变幅杆,并测量变幅杆的振幅,以确定其满足加工要求。以VMC1300加工中心为试验平台,安装超声振动系统、测温和测力系统,完成超声铣磨试验平台的搭建。 其次,建立新的适合碳纤维复合材料用的评价标准。采用更能全面反映表面形貌、精度和灵敏度更高的三维评价参数Sa和Sq代替传统的二维评价参数Ra对加工工件表面进行测量和评价。 再次,分别采用超声波铣磨和传统铣磨对非烧蚀碳/碳复合材料进行横向对比铣磨试验,从切削力、切削温度、表面质量三个方面进行对比分析,研究超声铣磨技术的加工性能。 然后,选定不同的超声参数(振幅)和加工参数(转速、切削深度、进给速度、步长)对非烧蚀碳/碳复合材料进行纵向对比超声铣磨试验研究,研究超声参数和加工参数对超声加工工件表面质量的影响规律,分析超声参数与加工参数的最优匹配关系。 最后,在上述试验的基础上,选择最优的加工参数和超声参数对工件进行工艺试验,结果表明,在最佳参数下加工的工件表面质量最好、精度最高,为后续超声辅助加工碳纤维复合材料提供有益的借鉴途径。

【关键词】：
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG663
【目录】：

摘要4-5

Abstract5-9

1 绪论9-18

1.1 碳纤维复合材料的应用和机械加工现状9-13

1.1.1 碳纤维复合材料及其应用9-11

1.1.2 碳纤维复合材料的机械加工研究现状11-13

1.2 超声辅助加工技术的国内外发展现状13-15

1.3 课题选题意义与论文的主要工作15-18

1.3.1 课题选题意义15-16

1.3.2 论文的主要工作16-18

2 旋转超声铣磨加工试验平台设计18-36

2.1 超声铣磨加工设备及其组成18-26

2.1.1 超声振动装置18-23

2.1.2 机床本体23-25

2.1.3 超声辅助铣磨试验平台搭建25-26

2.2 超声变幅杆的设计26-33

2.2.1 变幅杆设计方法选择26

2.2.2 四端网络的特性传递方程和传输矩阵26

2.2.3 单一形状变幅杆的特性传递函数26-29

2.2.4 圆锥过渡复合变幅杆设计29-31

2.2.5 变幅杆的有限元分析31-33

2.3 超声振动振幅测量及结果33-36

3 碳纤维复合材料超声辅助铣磨加工与传统铣磨加工对比试验36-53

3.1 加工质量对比试验36-41

3.1.1 复合材料表面质量评价方法和测量设备36-39

3.1.2 铣磨加工表面质量对比试验39-41

3.2 切削力对比试验41-48

3.2.1 切削力测量方法41-45

3.2.2 切削力对比试验45-48

3.3 切削温度对比试验48-53

3.3.1 切削温度测量方法48-51

3.3.2 切削温度对比试验51-53

4 碳纤维复合材料超声辅助铣磨加工工艺试验53-65

4.1 单因素试验53-58

4.1.1 振幅对加工表面质量的影响53-54

4.1.2 切削深度对加工表面质量的影响54-55

4.1.3 步长对加工表面质量的影响55-58

4.2 正交试验58-65

4.2.1 超声辅助铣磨正交试验方案58-59

4.2.2 试验结果于分析59-65

结论65-67

参考文献67-70

攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71

致谢71-72

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