NOMEX蜂窝复合材料超声切削锯齿圆盘铣刀动力学分析

针对圆盘铣刀超声切削过程中出现易碎及抱死等问题展开分析,提出一种用于Nomex蜂窝复合材料超声切削加工的新型锯齿圆盘铣刀。为了保证新型刀具满足生产使用要求,对新型锯齿圆盘铣刀展开分析,推导建立了锯齿圆盘铣刀的动力学模型;应用有限元软件ABAQUS对锯齿圆盘铣刀进行模态分析,验证了锯齿圆盘铣刀结构设计的合理性,为刀具的进一步发展研究提供参数支持。结果表明:锯齿圆盘铣刀第十二阶振型理想,振动稳定,振幅分布有规律,楔角θ=12°为锯齿圆盘铣刀结构的最优选择,符合超声切削加工对刀具的要求。     

切削用量对CFRP镗削出口分层及轴向力的影响

针对镗削CFRP层合板孔出口常出现分层缺陷的问题,建立CFRP层合板镗削有限元模型,设计响应曲面实验,分析背吃刀量、切削速度和进给量对CFRP层合板镗削过程中分层损伤及轴向力的影响,并建立CFRP镗削轴向力的响应曲面预测模型。结果表明,镗削轴向力随背吃刀量、切削速度和进给量的增大而增大,且背吃刀量的影响更显著;背吃刀量、进给量与出口分层损伤呈正相关;切削速度增大至27m/min后,出口分层因子基本不变。     

基于蜂窝芯圆盘刀切削齿的系统稳定性研究

从圆盘刀超声振动切削Nomex蜂窝芯加工原理出发,将圆盘刀超声加工系统简化成双自由度弹簧-质量-阻尼系统并建立了圆盘刀超声振动动力学模型,推导了圆盘刀加工系统临界稳定成立的条件式。在理论分析的基础上,基于MATLAB/SIMULINK搭建了圆盘刀系统动力学仿真模型,并开展了颤振仿真试验,研究得出了切削齿数对系统稳定性的影响规律:在低转速范围内,随着刀具切削齿数量逐渐增大时,加工系统稳定性逐渐降低;在高转速范围内,加工系统的稳定性随着刀具切削齿数量的增大反而逐渐增强。采用控制变量法在转速为1 500 r/min等加工条件下通过使用所设计的3种不同齿数的圆盘刀现场加工Nomex蜂窝芯得到的零件表面质量对比分析表明,大齿数Z=36的圆盘刀加工得出的零件表面质量更高,系统稳定性更好,与仿真结果一致,从而很好地验证了已建立的超声振动动力学模型与稳定性条件式。     

弱刚性型面铣削刀具设计及应用

为满足装配需求,由腹板类零件组装的骨架,通常需要进行二次修配,其中弱刚性的框缘装配面修配时由颤振、变形等造成型面铣伤问题频发,严重影响装配质量。因此从刀具结构对型面铣削力的影响规律入手,设计了一种用于弱刚性型面加工的密齿铣刀,并基于刀具进行切削参数匹配试验,从切削力及表面质量两个维度优化切削参数,分别计算出刀具在两种响应下的最佳切削参数。结果表明：在优化后的切削参数下,型面铣削的切削力为43 N,表面粗糙度为Ra1.04μm。     

碳纤维构件型面数控加工工艺技术研究

碳纤维复合材料(CFRP)具有硬度高、各向异性与层间强度低的特性,是典型的难加工材料之一,数控铣削中构件型面极易出现凹坑、毛刺、边缘纤维分层及撕裂等现象。以A350碳纤维构件型面为研究对象,从加工刀具及切削方式着手,分析刀具材料、结构以及切削方式对碳纤维型面构件加工质量的影响,提出了采用大底角的碳纤维铣刀以及垂直于加工表面的切削方式,开展了碳纤维构件型面切削实验,研究了各切削参数对零件型面加工质量的影响。结果表明:碳纤维构件型面加工中,转速对构件型面加工质量影响最大,其次是切宽、切深以及每齿进给量。     

CFRP铣削加工刀具优化

碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)因性能优异,在航空航天等高端装备领域应用广泛。但由于CFRP是典型的难加工材料,铣削过程中刀具磨损快,并且易形成毛刺、分层和崩边等缺陷。其中,最常见的是边缘毛刺缺陷,带来大量打磨工作。因此,探究抑制CFPR边缘毛刺产生的方法对企业实现优质高效加工具有重要意义。分析了CFPR边缘毛刺产生的原理,设计了优化结构的新型铣刀,在刀具周向设计了菠萝右旋刃、普通右旋刃、菠萝左旋刃和普通左旋刃4组刀刃,每组切削刃均由密布刀刃组成。边缘铣削试验结果表明,相比菠萝铣刀和交错铣刀,新型铣刀能够较好地抑制CFRP边缘毛刺的产生。     

Nomex蜂窝芯超声加工工艺及编程技术研究

针对Nomex蜂窝芯复合材料特殊的结构及力学性能,从超声系统组成与加工原理出发,介绍了数控超声切割技术,分析了其独特的加工优势,重点对Nomex蜂窝芯蜂窝复合材料超声切割加工工艺展开研究,为Nomex蜂窝复合材料件加工工艺规划提供了参考,研究了超声切割Nomex蜂窝芯结构件数控编程技术的关键问题,通过对采用所制定的超声切割加工工艺对实际生产加工的现场数据进行收集分析,得出结论:与常规的数控机床加工Nomex蜂窝复合材料蜂窝芯相比,加工效率提升32%,产品合格率提升12%,基本无粉尘污染。