【摘要】：針對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鉆削加工中存在的出口和入口毛刺、分層等質(zhì)量缺陷,本文以碳纖維復(fù)合材料的變維振動(dòng)輔助鉆削為研究對(duì)象,采用理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,對(duì)碳纖維復(fù)合材料變維振動(dòng)輔助鉆削裝置的設(shè)計(jì)與性能測(cè)試、碳纖維復(fù)合材料振動(dòng)輔助鉆削的過(guò)程仿真、碳纖維復(fù)合材料變維振動(dòng)輔助鉆削加工系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行了研究。論文主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:(1)進(jìn)行了變維振動(dòng)輔助鉆削裝置的設(shè)計(jì)與有限元仿真分析。通過(guò)分析復(fù)合材料切削過(guò)程,提出了一種變維振動(dòng)輔助鉆削裝置設(shè)計(jì)方法,研究了變維振動(dòng)輔助鉆削裝置的振動(dòng)組成以及振動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)布置形式,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出可實(shí)現(xiàn)空間多維振動(dòng)共存的變維振動(dòng)輔助鉆削裝置模型,利用有限元軟件對(duì)設(shè)計(jì)的變維振動(dòng)輔助鉆削裝置進(jìn)行靜力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析及瞬態(tài)分析。(2)開(kāi)展了變維輔助振動(dòng)鉆削裝置的性能測(cè)試。為了測(cè)試設(shè)計(jì)的變維振動(dòng)輔助鉆削裝置的輸出性能,搭建了性能測(cè)試平臺(tái),開(kāi)展了裝置的頻率響應(yīng)測(cè)試、相位差測(cè)試、輸出電壓測(cè)試、分辨率測(cè)試、最大行程測(cè)試,得到了裝置的輸出性能。(3)研究并實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料振動(dòng)輔助鉆削的過(guò)程仿真。通過(guò)編寫(xiě)適用于三維碳纖維復(fù)合材料的有限元子程序,建立粘性層單元模型,在邊界層施加振動(dòng)模式,實(shí)現(xiàn)振動(dòng)輔助制孔的有限元仿真,對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析,探究振動(dòng)對(duì)復(fù)合材料軸向力與分層的影響,為實(shí)際加工提供依據(jù)。(4)研究并開(kāi)發(fā)了碳纖維復(fù)合材料變維振動(dòng)輔助鉆削加工系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)鉆削過(guò)程不同階段的振動(dòng)輔助鉆削的控制策略,搭建碳纖維復(fù)合材料變維振動(dòng)輔助鉆削加工系統(tǒng),并對(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行了鉆削加工實(shí)驗(yàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明,本文研制的變維輔助鉆削加工系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的目的。
【圖文】：

圖 2. 7 三維振動(dòng)輸出軌跡圖制壓電換能器信號(hào)的輸入相數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)單元合振動(dòng)之間切換，從而實(shí)現(xiàn)變維振動(dòng)。助鉆削裝置建模設(shè)計(jì)振動(dòng)輔助加工的關(guān)鍵單元，其主要功能是將交流電具有能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛換能器作為位移激勵(lì)單元。泛的換能器結(jié)構(gòu)，夾心式壓電換能器由前后蓋板、電陶瓷堆由壓電陶瓷與電極片構(gòu)成，電極片放置在瓷堆位于前后蓋板之間。由于壓電陶瓷本身屬于高脆下，因此通過(guò)緊固螺栓和前后蓋板給壓電陶瓷施加。后蓋板均由金屬材料制成，這是由于壓電陶瓷在工

圖 2. 9 壓電換能器結(jié)構(gòu)尺寸圖上述激勵(lì)原理，設(shè)計(jì)的壓電換能器如圖 2.9 所示，壓電換能器的各部分長(zhǎng)度8）定義。5 5 43 3 4 4 3 34 3 32tan tan tan tan tan tan35 5 4 4 5 5z z z(k l ) (k l ) (k l ) (k l ) (k l ) (k l )z z z+ + = （2Z3、Z4、Z5是每個(gè)部分的阻抗而 k3、k4、k5是相對(duì)應(yīng)的波節(jié)數(shù)，根據(jù)下列公( 3, 4,5)( 3, 4,5)i i i iiiz c S ik icρω= == =（2，，Ci 和 Si 分別代表了各部分的密度、聲速和截面面積而 是波節(jié)數(shù)，也就是換能器是先確定軸向頻率，再確定徑向頻率。當(dāng)變幅桿軸向振動(dòng)頻率在 20k桿工作狀態(tài)比較穩(wěn)定，因此 f 取 20kHz。表 2.4 給出了各個(gè)參數(shù)的數(shù)值，表?yè)Q能器的具體尺寸。表 2. 4 壓電換能器材料參數(shù)表
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ342.742;TB33

【參考文獻(xiàn)】

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9 陳明;邱坤賢;秦聲;王呈棟;蔡曉江;;高強(qiáng)度碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的鉆削制孔過(guò)程及其缺陷形成分析[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2014年05期

10 蔡曉江;張余升;劉普林;陳明;;超聲振動(dòng)鉆削SiCp/Al的表面形成機(jī)理研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2014年02期

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8 劉國(guó)興;復(fù)合材料/鈦合金裝配制孔用PCD刀具的研制[D];大連理工大學(xué);2009年

9 鄭偉;幾種復(fù)合材料制孔的若干試驗(yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2688334