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碳纤维复合材料超声振动铣削的技术基础研究

作　者: 马星辉
导　师: 高国富
学　校: 河南理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 碳纤维复合材料 超声振动切削 切削力 切削温度 刀具磨损 表面质量
分类号: TG54
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 133次
引　用: 1次
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内容摘要


碳纤维增强复合材料(CFRP)具有比强度和比刚度高、抗疲劳性能好、耐热性优良等优点,己广泛用于航天、航空、汽车、体育娱乐及其他领域,是应用最广泛的一种先进复合材料。但由于其内部具有较高硬度的增强相而使得其机械加工性变得非常困难,加工刀具磨损严重,零件表面质量差,加工效率低。因此,碳纤维增强复合材料的精密加工,已成为目前复合材料研究和应用所面临的一项亟待解决的难题。为了解决碳纤维复合材料的难加工问题,本文将超声振动引入普通切削中,以期在保证优良表面质量的同时降低切削力和切削温度、减少刀具磨损。研制了超声振动铣削装置,并进行了振动特性试验;通过理论推导,建立了超声振动铣削碳纤维复合材料的平均切削力理论模型和切削温度场的传热学模型;通过碳纤维复合材料的普通切削和超声振动切削试验,研究了不同切削参数对切削力、切削温度、刀具磨损及表面粗糙度的影响规律;分析了碳纤维复合材料的超声振动切削机理,得出了在超声振动切削条件下,切削力和切削温度低、刀具磨损量小、工件表面质量好的结论;通过对工件表面的微观结构的分析,指出了碳纤维复合材料在加工过程中的主要缺陷;讨论分析了刀具的失效形式和刀具的磨损机理,指出超声振动铣削条件下,能减小刀具磨损,提高工件表面质量。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1 引言  10-19
  1.1 碳纤维复合材料的应用与发展  10-12
  1.2 有关切削纤维复合材料国内外的现状及存在问题  12-17
    1.2.1 国内外研究现状  12-17
    1.2.2 切削碳纤维复合材料存在的问题  17
  1.3 本课题选题的意义及论文的主要工作  17-19
    1.3.1 课题选题的意义  17-18
    1.3.2 本论文的主要工作  18-19
2 超声振动铣削装置及声学特性研究  19-33
  2.1 概述  19
  2.2 超声波加工的基本原理和特点  19-22
    2.2.1 超声波及其特性  19-21
    2.2.2 超声波加工的特点  21-22
  2.3 超声加工系统声学系统的设计  22-29
    2.3.1 超声波发生器的选用  22-23
    2.3.2 超声波换能器的选用  23-24
    2.3.3 变幅杆的设计  24-29
  2.4 超声振动声学系统的振动特性试验  29-32
  2.5 本章小结  32-33
3 超声振动铣削碳纤维复合材料的切削力研究  33-50
  3.1 切削变形与切屑形成  33-35
  3.2 超声振动铣削碳纤维复合材料铣削力的理论研究  35-40
    3.2.1 切削力的来源  35
    3.2.2 切削力的分解  35-37
    3.2.3 超声振动铣削平均切削力力学模型的建立  37-40
  3.3 基于虚拟仪器的测力程序设计  40-42
    3.3.1 测力程序的软面板设计  40-41
    3.3.2 应用程序设计  41-42
  3.4 超声振动铣削碳纤维复合材料铣削力的试验研究  42-49
    3.4.1 试验条件  42-44
    3.4.2 试验方案  44-45
    3.4.3 铣削力试验结果及分析  45-49
  3.5 本章小结  49-50
4 超声振动铣削碳纤维复合材料的切削温度研究  50-65
  4.1 温度场计算理论基础  50-53
    4.1.1 切削热和切削温度  50-51
    4.1.2 热源法的理论基础  51-53
  4.2 超声振动切削温度场传热学模型的建立  53-57
  4.3 超声振动铣削碳纤维复合材料切削温度的实验研究  57-64
    4.3.1 试验条件  57
    4.3.2 试验方法  57-59
    4.3.3 切削温度信号分析  59-60
    4.3.4 切削参数对铣削温度的影响  60-64
  4.4 本章小结  64-65
5 超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损和表面质量研究  65-82
  5.1 超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损的试验研究  65-69
    5.1.1 试验条件  65-66
    5.1.2 试验方法  66
    5.1.3 切削参数对刀具磨损的影响  66-69
  5.2 超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损的机理研究  69-72
    5.2.1 磨粒磨损  70-71
    5.2.2 粘着磨损  71-72
  5.3 超声振动铣削碳纤维复合材料表面粗糙度的研究  72-76
    5.3.1 评定参数的分析  72-73
    5.3.2 试验条件和方法  73
    5.3.3 切削参数对表面粗糙度的影响  73-76
  5.4 超声振动铣削碳纤维复合材料已加工表面层的微观结构分析  76-80
    5.4.1 超声振动切削过程中碳纤维复合材料的变形方式  77-78
    5.4.2 超声振动切削碳纤维复合材料加工表面的微观形貌分析  78-80
  5.5 本章小结  80-82
6 总结与展望  82-85
  6.1 工作总结  82-83
  6.2 工作展望  83-85
参考文献  85-89
作者简历  89-90
学位论文数据集  90

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 铣削加工及铣床
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