發(fā)布時(shí)間：2018-01-13 05:36

  本文關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料超聲振動(dòng)輔助制孔數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究　出處：《南昌航空大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：近幾十年來(lái),碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料被廣泛運(yùn)用于航空航天、國(guó)防科技、汽車產(chǎn)業(yè)及健身醫(yī)療等領(lǐng)域,其中在航空航天領(lǐng)域所運(yùn)用到的碳纖維復(fù)合材料對(duì)材料本身的質(zhì)量有著極高的要求,在加工制造方面也有著極高的加工精度。傳統(tǒng)的加工制造難以滿足其要求。超聲輔助加工是一種新型的特種加工方法,在加工過(guò)程中有著降低切削力、切削熱,提高表面加工質(zhì)量的諸多優(yōu)勢(shì),適用于碳纖維復(fù)合材料的切削加工。本文評(píng)述了提高孔的加工質(zhì)量的必要性,超聲振動(dòng)鉆削技術(shù)的概念、基本原理及其特點(diǎn),介紹了國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,指出該項(xiàng)技術(shù)存在的問(wèn)題,并對(duì)其今后的研究方向作了展望。本文以超聲振動(dòng)鉆削工藝系統(tǒng)為研究對(duì)象,采用理論指導(dǎo)、有限元仿真模擬建模、可行性驗(yàn)證、實(shí)例應(yīng)用與綜合評(píng)估相結(jié)合的方法,分析超聲振動(dòng)輔助切削碳纖維復(fù)合材料過(guò)程中切削力的變化規(guī)律,分析碳纖維復(fù)合材料制孔過(guò)程中材料去除過(guò)程,建立超聲振動(dòng)輔助鉆削碳纖維復(fù)合材料有限元仿真模型,基于碳纖維復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)(纖維、基體)的演變,對(duì)切削過(guò)程中加工參數(shù)與加工孔質(zhì)量之間的關(guān)系進(jìn)行了研究;搭建碳纖維復(fù)合材料超聲振動(dòng)輔助鉆削實(shí)驗(yàn)平臺(tái),分析碳纖維復(fù)合材料超聲振動(dòng)鉆孔加工中各切削參數(shù)對(duì)孔出口質(zhì)量的影響規(guī)律。通過(guò)有無(wú)超聲輔助鉆削對(duì)比實(shí)驗(yàn)及仿真得出的結(jié)論如下:1)在相同切削參數(shù)下,超聲振動(dòng)輔助鉆削比普通鉆削產(chǎn)生的切削力普遍要小,其孔的加工質(zhì)量普遍要好;2)在相同的切削參數(shù)下,超聲振動(dòng)輔助鉆削切削力隨著超聲振動(dòng)幅值的增大先增大后減小,基體開(kāi)裂損傷演化的區(qū)域范圍先變大后減小,孔的出口表面質(zhì)量先變差再變好,因此在超聲振動(dòng)輔助鉆削碳纖維復(fù)合材料時(shí)為得到更高質(zhì)量的孔應(yīng)選用合適的振幅;3)在相同的主軸轉(zhuǎn)速下,隨著進(jìn)給速度的增加,切削力增大,基體損傷越嚴(yán)重,孔的出口表面質(zhì)量出現(xiàn)的缺陷越嚴(yán)重;在相同的進(jìn)給速度下,隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高,切削力減小,基體損傷越小,孔的出口表面質(zhì)量越好;4)在碳纖維復(fù)合材料的鉆削制孔過(guò)程當(dāng)中,其軸向切削力的大小會(huì)影響加工孔的質(zhì)量,切削力越小加工出來(lái)的孔出口表面質(zhì)量越好,反之越差。
[Abstract]:In recent decades, carbon fiber reinforced composites (CFRP) have been widely used in aerospace, defense technology, automobile industry and health care. The carbon fiber composites used in the field of aerospace have very high requirements for the quality of the materials themselves. Ultrasonic aided machining is a new kind of special machining method, which can reduce cutting force and cutting heat in the process of machining. In this paper, the necessity of improving the machining quality of holes, the concept, the basic principle and the characteristics of ultrasonic vibration drilling technology are reviewed. This paper introduces the present research situation at home and abroad, points out the existing problems of this technology, and makes a prospect for its future research direction. This paper takes the ultrasonic vibration drilling process system as the research object and adopts the theoretical guidance. Finite element simulation modeling, feasibility verification, example application and comprehensive evaluation method are used to analyze the changing law of cutting force in ultrasonic vibration assisted cutting of carbon fiber composites. This paper analyzes the material removal process of carbon fiber composites in the process of making holes, and establishes the finite element simulation model of ultrasonic vibration assisted drilling of carbon fiber composites, based on the evolution of microstructure (fiber, matrix) of carbon fiber composites. The relationship between machining parameters and hole quality is studied. The experimental platform for ultrasonic vibration assisted drilling of carbon fiber composites was built. The influence of cutting parameters on the quality of hole outlet in ultrasonic vibration drilling of carbon fiber composites is analyzed. The conclusions are as follows: 1). Under the same cutting parameters. The cutting force produced by ultrasonic vibration assisted drilling is generally smaller than that produced by ordinary drilling, and the machining quality of its holes is generally better. 2) under the same cutting parameters, the ultrasonic vibration assisted cutting force increases first and then decreases with the increase of ultrasonic vibration amplitude, and the range of damage evolution of matrix first increases and then decreases. The quality of the outlet surface of the hole first becomes worse and then better, so the proper amplitude of the hole should be chosen in the ultrasonic vibration assisted drilling of carbon fiber composite material in order to obtain the higher quality of the hole. 3) at the same spindle speed, with the increase of feed speed, the cutting force increases and the matrix damage becomes more serious. At the same feed speed, with the increase of spindle speed, the cutting force decreases, the smaller the matrix damage, the better the quality of the outlet surface of the hole. 4) in the drilling process of CFRP, the axial cutting force will affect the quality of the hole, the smaller the cutting force, the better the surface quality of the hole outlet, and the worse the hole surface quality is.
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG663

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本文編號(hào)：1417728