Nomex蜂窝复合材料超声辅助切割理论及试验研究

发布时间：2020-06-05 12:00

【摘要】：Nomex蜂窝复合材料以其高比强度、高比刚度等优异性能广泛应用于航空航天、高铁和建筑等领域。但由于其各向正交异性的力学性能和弱刚度特性,加工时蜂窝极易变形。传统的磨削和铣削等加工方式很难实现蜂窝复合材料高效、高质的加工,导致表面质量变差甚至报废。超声加工技术以其断续冲击切削特性达到减小切割力,增强散热和改善刀具磨损的目的。为了探索Nomex蜂窝复合材料高效的加工工艺方法,引入超声加工技术切割蜂窝复合材料。本文采用理论分析与试验研究相结合的方法,在超声辅助切割和普通切割两种加工方式下,对直刃刀和圆盘刀切割Nomex蜂窝复合材料展开了研究。具体研究内容如下:1.对直刃刀和圆盘刀超声切割Nomex蜂窝复合材料进行运动学分析,研究了刀刃运动轨迹,推导出直刃刀超声切割位移、速度和加速度方程,计算了刀具在每个振动周期的切割长度和有效切割时间。通过MATLAB仿真得到了圆盘刀超声切割轨迹和切割角随刀具转速的变化规律。由理论分析可得:刀具是以周期性的断续冲击方式实现材料的去除。建立了直刃刀和圆盘刀切割蜂窝复合材料简易力学模型,应用滑切原理解释超声辅助切割过程。在Nomex蜂窝复合材料超声振动冲击切割过程中,超声振动可以有效的减小切割力,体现了超声辅助切割的优越性。2.在实验室现有的数控加工中心上,改进设计一套实现角度变化切割Nomex蜂窝复合材料的工装,搭建了超声辅助切割试验振动声学系统装置,设计了直刃刀单因素试验、正交试验和圆盘刀单因素试验,开展直刃刀和圆盘刀超声辅助切割和普通切割对比试验研究。3.试验研究了直刃刀各个工艺参数对三个方向的切割力的影响程度、加工表面质量随刀具前倾角的变化规律以及切割力随直刃刀刀具前倾角、刀具摆角、刀具振幅和进给速度的变化规律;研究了圆盘刀加工表面质量随刀具转速以及切割力随进给速度、刀具转速、切割深度和刀具摆角的变化规律。试验结果表明:直刃刀刀具前倾角对切割力影响最大;无论是直刃刀还是圆盘刀切割Nomex蜂窝复合材料,超声辅助切割力小于普通切割力,超声辅助切割表面毛刺率低,切口平整,切割变形小,验证了超声切割力学模型的正确性。该试验结果为超声辅助切割Nomex蜂窝复合材料工艺参数的合理选择提供了参考依据。
【图文】：

蜂窝复合材料

以应用已有几百年的历史。1940 年，人类首加以“蒙皮”材料复合形成高比强度和比刚层复合材料[1]。根据其材质不同，可以分为：蜂窝和芳香族聚酰胺蜂窝等。由于蜂窝夹层强度以及优异的结构工艺性，，广泛应用于航]。十九世纪八十年代开发了芳纶纸蜂窝复合材料mex 化学名为聚间苯二甲酰间苯二胺芳纶纤维，工艺流程一般为：芳纶纸涂胶、叠合、压固化、片切到成品。因此，Nomex 蜂窝复合贵的高档夹层材料，主要应用于航空、航天等，金属蜂窝和复合芯材蜂窝夹层结构不仅在通装备和建筑等领域均已得到广泛的应用[3]。

蜂窝复合材料,应用领域

x 蜂窝复合材料特性窝具备诸多优良特性：(1)高比强度、高比刚度，而且其耐能特性以及抗疲劳性能都是较为优异的；(2)良好的自熄性高聚化合物更难燃；(3)优异的绝缘性能。芳纶纸蜂窝复合隔热和电绝缘特性；(4)良好的化学稳定性。(5)良好的耐温性能随浸渍树脂类型的不同而不同。由于 Nomex 蜂窝芯优异不再仅限于航空结构件上，由于其良好的绝缘性和自熄性已大量采用这类芯材做舱内壁板；由于其优良的透电磁波材料；由于其良好的吸振特性，可以作为重要物资的包装
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TB55

【参考文献】