【摘要】：經(jīng)濟性是21世紀現(xiàn)代航空工業(yè)發(fā)展的關鍵詞,而輕量化設計是實現(xiàn)經(jīng)濟性的最佳途徑。為了追求極致的輕量化設計,夾層結構已在航空工業(yè)中得到了廣泛應用,如飛機的地板和襟翼。迄今為止,兼具宏觀蜂窩結構特點和細觀芳綸纖維增強復合材料特點的芳綸蜂窩材料無疑是最理想的航空夾層芯材之一,A380就大量使用了杜邦公司生產(chǎn)的NOMEX蜂窩(一種間位芳綸蜂窩材料)。然而,NOMEX蜂窩優(yōu)異的物理、力學以及化學性能同樣給后續(xù)的加工帶來了極大的難度,且蜂窩結構在W-L面內呈現(xiàn)突出的弱剛性特點,切邊加工中易出現(xiàn)孔壁退讓現(xiàn)象,孔壁難以被有效地切斷,毛刺以及撕裂等加工損傷頻發(fā)。針對上述加工難題,國內外已開展了大量的有益研究,在高效加工技術及剛性補償方法等方面取得了顯著進展,提出了超聲輔助加工技術、電磁固持方法、冰結固持方法等關鍵技術,但在材料去除機理、損傷形成機制及損傷抑制策略等方面的理論尚不成熟,缺乏對NOMEX蜂窩宏/細觀結構特點的考量。針對上述研究現(xiàn)狀,為實現(xiàn)NOMEX蜂窩的低損傷切邊加工,本文依托于國家自然科學基金面上項目“芳綸纖維復合材料加工過程力熱耦合作用機理及損傷消減策略”,結合NOMEX蜂窩的宏/細觀結構特點對其剛性特點、損傷成因、切削過程以及切削角度進行了系統(tǒng)分析,提出了合理的損傷抑制策略,并研制了一種專用多齒切邊刀具。本文的核心工作和取得成果如下:(1)結合NOMEX蜂窩的物理、力學性能特點,從宏/細觀角度對其可加工性進行了系統(tǒng)研究,揭示了NOMEX蜂窩加工難題的根源所在。首先,開展了關于NOMEX蜂窩剛性特點的研究,對不同孔壁位置的加工損傷特征進行了理論預測與試驗驗證,確定了NOMEX蜂窩的宏觀切削特點;其次,結合蜂窩孔壁的細觀構成,建立了NOMEX蜂窩單層孔壁的切削模型,對典型加工損傷的成因進行了分析,確定了NOMEX蜂窩的細觀切削特點。(2)為探究NOMEX蜂窩的損傷抑制策略,在考慮刀具空間結構及位置的基礎上,結合蜂窩孔壁的薄壁及周期特點,對切削過程進行了系統(tǒng)研究。首先,通過幾何分析確定了切削過程中關鍵切削角度(接觸角/切入角)的計算方法,從刀齒與孔壁的接觸狀態(tài)和運動關系入手,分析了孔壁受力狀態(tài)的變化,闡釋了上述切削角度變化對加工損傷的影響,并提出了基于切削角度調控的損傷抑制策略;其次,在切削角度分析的基礎上,對圓盤刀具的斷/連續(xù)切削過程進行了對比研究,揭示了現(xiàn)有無齒圓盤刀具易形成撕裂損傷的根本原因。(3)為保證NOMEX蜂窩損傷抑制策略的順利實施,基于復合材料切削機理,研制了NOMEX蜂窩專用多齒切邊刀具,并通過刀具幾何角度試驗確定了最佳楔角β~*和最佳刃傾角λ_?~*。由于符合斷續(xù)切削過程和多刃微切削原理,自研切邊刀具可以有效切斷NOMEX蜂窩孔壁,配合本文提出的基于切削角度調控的損傷抑制策略,能夠較好地滿足航空夾層芯材的低損傷切邊加工要求,基本實現(xiàn)了撕裂損傷的抑止和其他加工損傷的抑制。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V250;TB33

【參考文獻】

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本文編號：2627107