纵扭复合超声振动切割铝蜂窝芯表面质量研究

铝蜂窝芯因具有特殊的薄壁网格状结构，传统加工方式往往伴随着变形和毛刺，这是限制铝蜂窝材料应用的关键因素。超声振动加工在减少加工缺陷方面具有很大的潜力。建立有限元模型并进行切削模拟，同时进行铝蜂窝芯切削实验，对铝蜂窝芯在不同振幅和不同主轴转速下切割的表面形貌进行探究，并对不同振幅下圆刀片的磨损程度进行对比。结果表明：与普通切削相比，纵扭复合超声振动切削能够获得更好的表面形貌，更有效地降低切削缺陷数目；随着振幅的增大，切削缺陷数目得到减少，刀具磨损程度得到降低，切削表面的均匀一致性也变得更好，但施加的超声振幅过高也会导致胞壁产生分离；主轴转速增大能够很好地改善胞壁变形和胞壁分离现象。同时，在1 350～2 700 r/min之内存在一个最佳转速，使得切削缺陷数目可以达到最少。     

铝蜂窝夹芯结构的数字成像检测研究

蜂窝夹芯结构常见缺陷有蒙皮与蜂窝芯脱粘、蜂窝芯变形、蜂窝芯节点开裂和蜂窝积水等,目前单一的无损检测方法还不能有效地解决蜂窝夹芯结构中的各种缺陷检测问题。针对铝蜂窝夹芯结构,首先制作了6种典型人工缺陷,利用射线DR(Digital Radiography)和计算机射线照相(Computed Radiography,CR)技术对夹杂、蜂窝芯变形、蜂窝芯格断裂、富胶等缺陷进行了数字射线成像检测,得到了高质量的缺陷数字检测图像,并进行了对比分析。针对蜂窝积水检测问题,采用射线DR技术进行了数字成像检测研究,表明积水量大小会影响图像灰度。对含有人工脱粘缺陷的铝蜂窝夹芯结构件,采用脉冲反射法对其粘接质量进行了超声C扫描成像检测研究,通过底波幅值成像得到了脱粘缺陷的超声C扫描数字图像。结果表明:数字射线成像和超声C扫描成像结合为蜂窝夹芯结构提供了一种数字化的无损检测方法。     

圆片刀超声切削蜂窝芯材料试验研究

为提高加工Nomex蜂窝芯材料的质量和效率,采用试验方法对超声切割时的切削力进行测量,研究其影响因素和变化规律,并对切削后蜂窝芯的表面进行观察。使用回归分析法分析不同振幅和切削深度下的切削力,推导切削力的经验公式。结果显示:切削力F_y,F_z与切削深度a_p,圆片刀底部边缘处振幅A呈指数关系。通过对比切削力拟合结果和试验数据,发现误差在10%内。切削后蜂窝芯表面平整、毛刺更少。      

蜂窝铝材料的铸造工艺和压缩性能研究

通过数值模拟的方法对孔径尺寸分别为10、8、6 mm的3种蜂窝铝试样进行铸造工艺和压缩性能的模拟分析,并通过压缩性能测试对模拟结果进行验证。采用ProCAST软件对蜂窝铝的浇注过程进行数值模拟分析,对铸造工艺进行优化改进。采用ABAQUS软件分析孔径尺寸对蜂窝铝材料压缩性能的影响,并通过实验加以验证。结果表明:蜂窝铝材料压缩曲线共包括3个部分:弹性变形区、平台区和密实化区。随着孔径尺寸的减小,蜂窝铝材料抗压性能增强。孔径尺寸越大,蜂窝铝材料在弹性变形区和受力平台区停留的时间越长。     

铝蜂窝板的自反应钎焊工艺与性能

在不添加钎料的情况下,使用添加4%ZnCl_2和4%SnCl_2(质量分数)的中温CsF-AlF_3自反应钎剂,对成型法制备的铝蜂窝芯及面板进行自反应钎焊连接。通过调整钎焊温度、保温时间等参数,确定铝蜂窝板的自反应钎焊工艺。使用光学显微镜和扫描电子显微镜及能谱仪对钎焊接头进行组织观察和成分与缺陷分析,测试钎焊接头在不同试验温度下的拉剪强度以及蜂窝板的平压强度。结果表明:钎焊温度为570℃、保温时间30 min时,可制备出整体的铝蜂窝板,且钎焊接头连接良好,未出现溶蚀缺陷;蜂窝芯接头的拉剪强度为46~52 MPa,在25~150℃范围内,拉剪强度无明显下降,自反应钎焊制备的铝蜂窝板平压强度可达1.75 MPa。     

高温后方形泡沫铝填充钢管轴向压缩力学性能

为了研究高温后泡沫铝填充钢管轴向压缩性能，将制作好试件进行加温，自然冷却后进行静态轴向压缩试验，研究其承载能力和变形情况；分析加温温度、泡沫铝密度等参数对性能的影响。研究表明：在高温后压缩情况下，构件屈曲褶皱波瓣数量增加，其压缩变形模式从对称模式变成了非对称模式；其平均压溃载荷随加温温度的增加而减小，随着泡沫铝相对密度和外围钢管厚度的增大而增大；在平均压溃载荷理论公式中考虑外围钢管与填充的泡沫铝产生交互效应的影响，相关理论公式与试验结果吻合较好。     

国产芳纶纸蜂窝力学性能试验研究

对国产芳纶纸制备的HN系列蜂窝进行稳定型压缩和拉伸剪切力学性能试验,分析蜂窝的压缩和剪切力学行为,并研究芯材孔格和密度对力学性能的影响规律。结果表明:HN系列蜂窝的压缩和剪切力学行为具有明显的非线性。当蜂窝密度相同时,随着蜂窝孔格尺寸的增加,其抗压缩能力略有下降;当蜂窝密度增加时,稳定型压缩强度增加明显,L向和W向剪切强度随着蜂窝密度增大而线性增加。Zhang等推导的剪切强度理论预测公式较好地预测了蜂窝L向和W向剪切强度比值。     

增强蜂窝结构面内力学行为

为了提高蜂窝结构的面内吸能性和承载能力，通过在铝蜂窝孔中添加不同类型的加强筋板，设计了6种增强蜂窝结构。通过非线性有限元计算模拟的方法对比分析了在相同相对密度、面内不同方向加载和不同冲击速度下，增强蜂窝结构的动态响应和能量吸收特性。模拟结果表明，增强蜂窝结构可以在低速冲击下表现出传统蜂窝结构高速冲击下的逐层压溃现象，使蜂窝材料获得更高的平台应力。增强结构对蜂窝材料面内强化效果显著不同，加强筋板结构可以使蜂窝结构获得更好的吸能性，与传统蜂窝相比，特别是低速冲击状态下，增强蜂窝结构相较于同等质量下的均匀蜂窝结构，比吸能最高可以提升54.42%,表明加强筋板结构可以有效提升蜂窝的抗冲击性能和能量吸收能力。     

TPU蜂窝结构压缩及吸能特性研究

为了解TPU蜂窝结构的力学特性，采用增材制造技术制备了不同胞元参数的蜂窝结构，进行了压缩试验，并在此基础上建立了TPU蜂窝结构有限元仿真模型，开展了动态仿真模拟研究。结果表明，TPU蜂窝结构在面外压缩过程中经历线弹性、平台区和密实化3个阶段，压缩速度越大，平台区越短。而其在面内压缩下，无明显的线弹性阶段，压缩速度对其变形模式的影响也较小。无论是面内压缩还是面外压缩，壁厚边长比对TPU蜂窝结构的平均平台应力和比吸能的影响远大于胞元扩展角对其的影响。在压缩进入密实化阶段前，蜂窝结构比吸能随压缩速度的增大而增大。面内压缩时，蜂窝结构比内能基本不受加载速率的影响，比吸能的增大由比动能的增量贡献。面外压缩时，蜂窝结构受惯性效应影响明显，压缩过程中出现局部密实化，蜂窝结构的比动能和比内能都显著增大。     

红外热像检测技术应用于蜂窝结构复合材料的检测能力评价

通过对人工缺陷样件进行设计和试验,研究了红外热像技术对玻璃纤维蒙皮、纸蜂窝夹层结构件的检测能力。通过试验得出了以下结论：闪光灯激励的红外热像检测技术目前可以检测出玻璃纤维蒙皮内部埋深2mm、直径6mm和直径10mm的分层缺陷。对于玻璃纤维蒙皮厚度为1mm的蜂窝夹芯结构件,应用红外热像检测技术可以检测出蒙皮与蜂窝芯间直径为6mm的脱粘缺陷。对于玻璃纤维蒙皮厚度为2mm的蜂窝夹芯结构件,应用红外热像检fjn4技术可以检测出蒙皮与蜂窝芯间直径为10mm的脱粘缺陷。     

铝蜂窝胶接缺陷的红外热波无损检测

蒙皮与蜂窝之间的脱粘缺陷使铝蜂窝夹心复合板的强度大大降低，严重影响金属蜂窝胶接产品的应用，必须对其进行严格的无损检测。用红外热波技术对铝蜂窝夹层胶接结构进行检测，结果表明，该技术可对试件夹层胶接质量和蜂窝结构作快速有效直观的检测。     

层压板和蜂窝结构粘接缺陷的超声C扫描检测

介绍了用某超声C扫描检测设备检测碳纤维环氧层压板、碳环氧板纸蜂窝粘接结构、铝板铝蜂窝粘接结构三种材料粘接缺陷的试验结果。试验用的试块带有4,10,16mm三种尺寸的人工缺陷,用于模拟各种脱粘缺陷。采用喷水探头透射法,用5MHz超声检测层压板,用1MHz超声检测蜂窝结构,都得到了人工缺陷的清晰准确的C扫描图。对于厚度为135mm的纸蜂窝结构,因超声衰减太大,尚不能检测。     

玻璃钢蒙皮纸蜂窝材料的无损检测

玻璃钢纸蜂窝材料的蒙皮分层缺陷以及蒙皮与蜂窝之间的脱粘缺陷将直接影响蜂窝结构的机械性能和工作性能,必须对其进行无损检测。利用红外热成像系统及超声C扫描系统分别对玻璃钢纸蜂窝材料的蒙皮质量及胶结质量进行检测,两种方法各有忧劣：红外热成像系统检测过程时间短,效率高,分层缺陷及脱粘缺陷均能检测到,而超声C扫描系统可检测出所有脱粘缺陷,且纸蜂窝结构清晰,但只检测出了部分蒙皮分层缺陷。     

TC4合金蜂窝冰固持低温铣削研究

广泛应用于航天领域的低刚度薄壁钛合金蜂窝材料,在铣削加工中面临卷曲、开焊、塌边等缺陷,需改进其固持和加工方法。材料通过冰固持方法处理,并进行高速深冷铣削加工;分析了蜂窝铣削性能和加工缺陷产生原因,提出了冰固持超低温铣削机理。结果表明,相比于传统固持加工方式,经冰固持低温铣削的钛合金蜂窝表面质量有很大提高,加工缺陷被有效抑制;切削深度对表面质量影响较大。切削参数对铣削力影响顺序:切深最大,可提高约3倍,其次是主轴转速,进给速度影响最小。冰固持低温方法提高了蜂窝强度,实现了超低温切削,改变了断屑方式。结论:冰固持低温切削为面内径向等效强度小、低刚度薄壁钛合金蜂窝材料高效加工提供了新方法。     

结构参数对钛蜂窝基体力学性能的影响

通过使用厚度分别为0.10mm的TC4钛合金和0.05、0.10、0.15mm的TA1工业纯钛箔制备钛蜂窝结构件,并对其进行平压试验,分析了箔厚和蜂窝孔边长对钛蜂窝结构承载性能的影响以及蜂窝结构件的失效形式。结果表明,钛蜂窝箔厚增加和蜂窝孔边长减小可提升钛蜂窝结构的承载性能,TC4钛合金蜂窝结构件的承载能力明显高于TA1工业纯钛蜂窝结构件。所有结构件的坍塌区域均出现在中部未焊接连接处,失效形式是局部塑性变形且伴有裂纹。     

蜂窝夹层结构胶接面树脂堆积的红外热像检测

为了研究树脂堆积的红外热像检测问题,文章进行了一维模型建模分析、蜂窝夹层结构样件试验验证和解剖分析。研究发现树脂堆积区域在脉冲加热后的原始热图中表现为"暗区"或"暗斑",并且这些区域的表面温度低于正常胶层厚度区域的表面温度,得出了树脂堆积可以在红外热像检测中被检出的结论。通常树脂堆积不是一种缺陷,但是对蜂窝夹层结构胶接面树脂堆积进行检测却具有重要的现实意义。判断树脂堆积区域的位置、形状和面积,将有助于改进生产工艺。对这些区域进行识别、记录和存档,可以为原位检测蜂窝积水问题提供评定的依据。     

Experimental observation and analysis of burr formation mechanisms in face milling of aluminum alloys

The purpose of this paper is to study the burr formation mechanisms in face milling process, and to investigate the influence of cutting conditions on burr formation in face milling of aluminum alloys. The fly milling cutter is used to carry out single-tooth face milling tests. Three aluminum alloys were tested: Al 1100 (cold drawn), Al 2024-T4 and Al 6061-T6. It is found that the burr geometry is strongly dependent upon the in-plane exit angle. Five types of burrs were observed in the experiments: knife-type, wave-type burr, curl-type, edge breakout and secondary burr. Formation mechanisms of each type of these burrs are discussed in details. The relationship between their existence and the machining condition is indicated. The machining guideline in face milling is given at the end of the paper to reduce burr size effectively through the formation of secondary burr.