NOMEX蜂窝材料高速加工工艺及固持可靠性研究

摘要

蜂窝芯复合材料自从问世以来就以其一系列传统材料所不具备的优点，备受航空、航天界的青睐，成为航窄、航天发展不可缺少的材料之一。蜂窝芯材料制作完成以后，需要进行一定的铣削加工，以满足装配、连接等要求，所以蜂窝芯复合材料的铣削加工是蜂窝材料制品从研制到应用中的一个重要环节。目前蜂窝加工因其固持方式落后，铣削加工参数仅靠经验确定的原因，蜂窝芯零件的加工效率和加工质量很难达到设计要求。零件表面质量差，加工精度低，甚至因为固持力不足，蜂窝被刀具拉起，过切、报废的现象时有发生。为了解决蜂窝加工中出现的问题，论文在详细分析蜂窝加工工艺过程的基础上，采用有限元模拟、理论建模和试验相结合的方法，对蜂窝高速铣削加工工艺及蜂窝固持方法进行了深入、广泛的研究。 论文的第一章阐述了复合材料的基本概念、发展过程以及应用领域，介绍了蜂窝夹芯材料的特点及应用，揭示了蜂窝芯加工在我国航空航天业中的重要地位，分析了目前蜂窝芯高速加工过程中影响蜂窝加工表面质量的各种因素。 第二章介绍了复杂型面类NOMEX蜂窝高速铣削加工工艺流程，总结出了蜂窝加工中的关键技术以及存在的问题。论文针对蜂窝加工中关键工艺环节之一的固持工艺进行了深入的研究，揭示了目前固持方法中存在的问题，并介绍了一种基于强磁场和摩擦学原理的纸基蜂窝固持方法以及辅助装备。 第三章提出了NOMEX蜂窝芯材料高速铣削加工过程的三维有限元建模方法，研究了材料属性、刀屑摩擦、材料失效准则、能量耗散与局部热传导等有限元模拟所涉及的若干关键技术。最后，通过NOMEX蜂窝的铣削加工试验进行了模型的合理性验证和模型的修正工作，得到了满意的有限元模型。 第四章通过NOMEX蜂窝高速铣削加工的三维有限元模拟与铣削加工试验，揭示了铣削参数对铣削力以及加工表面质量的影响规律，并建立了以铣削参数为因子的铣削力模型以及加工表面质量的量化模型。同时，论文提出了基于加工效率和加工质量不变情况下，使铣削力达到最小的铣削参数优化方法，避免了加工效率和加工质量顾此失彼的状况。 第五章通过NOMEX蜂窝高速铣削加工的三维有限元模拟，分析了铣削热在蜂窝铣刀上分布的规律及影响刀具温度的主要因素。利用三元二次回归正交设计方法，建立了铣削参数的刀具温度模型，揭示了铣削参数对切削齿刃及底部圆片铣刀温度的影响规律。最后，根据铣削温度和铣削力模型进行了基于刀具寿命最优的铣削参数优化。 第六章提出了基于铣削力模型的NOMEX蜂窝固持可靠性分析方法。论文针对基于强磁场和摩擦学原理的蜂窝芯固持方法进行了固持可靠性分析。首先，进行了固持平台同持性能的测试，并采用试验和有限元模拟的方法，预测了不同铣削参数和不同蜂窝厚度情况下铣削力在固持平台上的分布特征。其次，选择加工过程中的固持薄弱区域，对同持平台的同持强度与分布力进行了比较分析。通过理论分析与现场铣削试验表明，该固持方法固持稳定，加工表面质量满足设计要求，而且与自动填料装置配合使用可以大大减少工人的劳动强度，提高生产效率。本章的最后，针对不同厚度的蜂窝加工，在保证可靠固持的前提条件下，进行了基于加工效率最优的铣削参数优化。通过优化可以充分发挥新型固持平台的固持能力，有效提高加工效率。 第七章总结了全文的工作内容和创新点，并指出需要进一步研究和解决的问题。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章复杂型面NOMEX蜂窝芯高速铣削加工工艺

第三章NOMEX蜂窝芯高速铣削加工有限元模型的建立

第四章NOMEX蜂窝高速铣削加工的三维有限元模拟

第五章基于有限元模拟的刀具温度预测及寿命的优化分析

第六章基于磁场和磨擦学原理的固持方法的可靠性分析

第七章结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表(撰写)的论文及参加的课题

致谢