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(wú)法滿足其加工需求。而旋轉(zhuǎn)超聲加工具有很強(qiáng)的工藝

2、優(yōu)勢(shì)，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(dòng)模式，所需加工轉(zhuǎn)速高，纖維材料加工表面還會(huì)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(duì)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(dòng)輸出的加工模式，從理論和試驗(yàn)兩個(gè)方面，對(duì)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(jì)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(jì)夾心式壓電換能器，利用有限元軟件對(duì)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(cè)試儀對(duì)換能器相關(guān)振動(dòng)特性進(jìn)行測(cè)試和分析，選取合適材料的螺栓對(duì)換能器進(jìn)行預(yù)緊。(3)以金屬切削原理和超聲振動(dòng)加工的沖擊特

4、性為基礎(chǔ)，根據(jù)流體動(dòng)壓理論和摩擦學(xué)原理，建立刀具與工件間的簡(jiǎn)單幾何模型。推導(dǎo)了簡(jiǎn)單動(dòng)壓幾何模型下前后刀面的動(dòng)壓方程，分析了動(dòng)壓油膜對(duì)刀具和工件加工表面的影響。研究超聲振動(dòng)加工下周期性斷續(xù)微觀切削碳纖維復(fù)合材料的動(dòng)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(dòng)加工試驗(yàn)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(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行試驗(yàn)研究。對(duì)比不同角