縱扭共振旋轉(zhuǎn)超聲加工碳纖維復(fù)合材料的研究.pdf

1、簍關(guān)夫?qū)W碩士學(xué)位論文縱扭共振旋轉(zhuǎn)超聲加工碳纖維復(fù)合材料的研究StudyonLongitudinalTorsionalResonanceRotaryUltrasonicMachiningofCarbonFiberComposites縱扭共振旋轉(zhuǎn)超聲加工碳纖維復(fù)合材料的研究摘要碳纖維復(fù)合材料現(xiàn)在被廣泛的應(yīng)用于航天航空、交通工具、體育器械、紡織及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。由于其特殊結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，傳統(tǒng)加工方法無法滿足其加工需求。而旋轉(zhuǎn)超聲加工具有很強的工藝

2、優(yōu)勢，能很好地解決難加工材料的零件加工問題，提高加工效率和表面質(zhì)量。但是目前其加工多采用單一縱向振動模式，所需加工轉(zhuǎn)速高，纖維材料加工表面還會出現(xiàn)部分毛刺、分層和凹坑等缺陷，刀具存在一定量的磨損，磨削中對磨粒粒度要求較高，周銑和孔加工的內(nèi)壁表面質(zhì)量較差，這都限制了其加工領(lǐng)域和形式。本文以“縱扭共振旋轉(zhuǎn)超聲加工碳纖維復(fù)合材料的研究”為課題，采用兩種復(fù)合振動輸出的加工模式，從理論和試驗兩個方面，對縱扭共振旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)和銑削加工復(fù)合材料中

3、的關(guān)鍵問題進(jìn)行深入研究，其主要內(nèi)容和成果如下：(1)介紹碳纖維復(fù)合材料加工和超聲加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀，分析其中的不足。設(shè)計超聲換能器振子和斜槽傳振桿，并進(jìn)行模態(tài)分析，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)尺寸，提高其扭振輸出振幅。(2)根據(jù)理論設(shè)計夾心式壓電換能器，利用有限元軟件對未加螺栓的換能器和加兩種不同材料螺栓的換能器進(jìn)行模態(tài)仿真，并使用阻抗測試儀對換能器相關(guān)振動特性進(jìn)行測試和分析，選取合適材料的螺栓對換能器進(jìn)行預(yù)緊。(3)以金屬切削原理和超聲振動加工的沖擊特

4、性為基礎(chǔ)，根據(jù)流體動壓理論和摩擦學(xué)原理，建立刀具與工件間的簡單幾何模型。推導(dǎo)了簡單動壓幾何模型下前后刀面的動壓方程，分析了動壓油膜對刀具和工件加工表面的影響。研究超聲振動加工下周期性斷續(xù)微觀切削碳纖維復(fù)合材料的動壓作用機(jī)理，闡述刀具磨損后繼續(xù)再加工危害的原因，進(jìn)行超聲振動加工試驗研究。(4)建立超聲端銑碳纖維復(fù)合材料模型，分析兩種角度下端銑碳纖維復(fù)合材料機(jī)理，采用縱扭共振旋轉(zhuǎn)超聲端銑和普通端銑方式對碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行試驗研究。對比不同角