NOMEX蜂窩材料超聲銑削圓形刀研制.pdf

1、NOMEX蜂窩材料因其密度小,有優(yōu)異的絕熱和保溫作用,比強(qiáng)度和比剛度高,備受航空航天領(lǐng)域的關(guān)注。但由于NOMEX蜂窩材料特殊結(jié)構(gòu)和特殊的力學(xué)性能,使其加工中出現(xiàn)撕裂、壓塌、讓刀變形等問題。針對(duì)這些問題,將超聲加工技術(shù)引入到NOMEX蜂窩材料加工領(lǐng)域。本文基于超聲銑削NOMEX蜂窩材料所使用的銑刀為研究對(duì)象,研制出適用于加工所使用的圓形刀。
　　本文以圓形刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為研究目的。從超聲銑削原理入手,研制了超聲銑削裝置,借助于有限元分

2、析軟件ANSYS研究圓形刀的變形、應(yīng)力、模態(tài)等性能,為圓形刀的理論研究及產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)提供理論依據(jù)。依據(jù)Φ51mm圓形刀的設(shè)計(jì)尺寸,在ANSYS中建立圓形刀的模型;對(duì)各方案的進(jìn)行有限元分析,研究其在切削力作用下變形、應(yīng)力分布的變化規(guī)律;探討圓形刀的動(dòng)態(tài)性能,建立了圓形刀的振動(dòng)微分方程,并對(duì)其進(jìn)行有限元模態(tài)分析,研究圓形刀主振型與固有頻率的關(guān)系及變化規(guī)律,分析了圓形刀的楔角大小的改變對(duì)圓鋸片的固有頻率及其振型的影響;建立了切削力下圓形刀應(yīng)力

3、場(chǎng)數(shù)學(xué)模型,結(jié)合圓形刀靜力學(xué)和模態(tài)分析的結(jié)果,通過選取恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化設(shè)計(jì)變量及狀態(tài)變量,完成對(duì)圓形刀的優(yōu)化設(shè)計(jì),最終使圓形刀的體積優(yōu)化到初始值的86％,保證了圓形刀在滿足使用性能的前提下具有最緊湊的結(jié)構(gòu)尺寸,最小的體積,使圓形刀所需的電機(jī)功率最小,節(jié)省能源。
　　在Φ51mm圓形刀設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,研制了Φ25mm和Φ102mm的圓形刀,對(duì)這兩種圓形刀進(jìn)行模態(tài)分析,得到Φ25mm的圓形刀一次去除量最大,可以縮短加工時(shí)間。
　　最后利

4、用激光位移傳感器對(duì)自行設(shè)計(jì)研制的Φ51mm圓形刀振幅進(jìn)行測(cè)量。并利用Φ51mm的圓形刀對(duì) NOMEX蜂窩材料進(jìn)行了大量的超聲銑削實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:圓形刀在超聲波振動(dòng)作用下最大振幅為24.5μm,對(duì)蜂窩材料進(jìn)行加工時(shí),圓形刀鋒利,工藝效果好,加工效率高,而且切削過程容易實(shí)現(xiàn),加工后的蜂窩材料的表面光滑,沒有毛刺,滿足了蜂窩夾層復(fù)合材料的加工要求。
　　本文的研究工作為超聲波加工所用銑刀的研制提供了較高的理論意義和使用價(jià)值。論文的成