【摘要】：Nomex蜂窩復(fù)合材料因其具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、剛度高、抗壓、穩(wěn)定、造價(jià)低及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),被廣泛的應(yīng)用在宇航制造領(lǐng)域、國防領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、制造業(yè)領(lǐng)域、包裝領(lǐng)域等。Nomex蜂窩復(fù)合材料是一種多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)的纖維材料,與普通材料相比,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜特殊,故對其加工起來會存在一定的難度。Nomex蜂窩復(fù)合材料應(yīng)用傳統(tǒng)高速銑削加工時(shí)會出現(xiàn)蜂窩斷裂、壓塌等加工質(zhì)量差、效率低等問題,且會產(chǎn)生大量的粉塵,對人體有巨大的傷害。超聲加工具有切削力小、加工精度高等特點(diǎn),將超聲輔助切割的方法用于Nomex蜂窩復(fù)合材料的加工,利用高頻振動對其進(jìn)行切割加工,能夠有效的克服傳統(tǒng)高速銑削加工的缺點(diǎn)。目前針對Nomex蜂窩復(fù)合材料的超聲切割技術(shù)的研究都還處于初級階段,尚不成熟,尤其是聲學(xué)系統(tǒng)的方面,為更好的加工Nomex蜂窩復(fù)合材料,提高其加工質(zhì)量及效率,需對超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究。本文以圓盤刀超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)為研究對象,來研究刀具負(fù)載,力負(fù)載及溫度對其的影響。主要研究內(nèi)容與成果如下:(1)為保證當(dāng)?shù)毒哓?fù)載發(fā)生變化時(shí),聲學(xué)系統(tǒng)依然能穩(wěn)定工作,故對刀具負(fù)載的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行研究,研究圓盤刀結(jié)構(gòu)參數(shù)(厚度、楔角、直徑)對聲學(xué)系統(tǒng)諧振頻率和振幅的影響規(guī)律。首先,通過石墨粉振動實(shí)驗(yàn)確定圓盤刀振型。然后,通過仿真和實(shí)驗(yàn)研究圓盤刀厚度、楔角以及直徑對聲學(xué)系統(tǒng)諧振頻率和振幅的影響規(guī)律,基于田口方法分析圓盤刀結(jié)構(gòu)參數(shù)對諧振頻率和振幅影響的主次要關(guān)系。最后,通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)圓盤刀結(jié)構(gòu)參數(shù)與諧振頻率之間的線性關(guān)系,為圓盤刀的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。(2)針對受到超聲切削力負(fù)載后出現(xiàn)振幅下降,切削質(zhì)量差,嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)停振等問題,研究力負(fù)載對超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)諧振頻率和振幅的影響規(guī)律。首先,依據(jù)超聲切削運(yùn)動方程建立圓盤刀切削力模型。然后,根據(jù)超聲切削實(shí)驗(yàn),獲得在不同切削參數(shù)下的切削力的值,確定切削力的大概范圍,再進(jìn)行力負(fù)載對聲學(xué)系統(tǒng)影響的實(shí)驗(yàn),利用推拉力計(jì)對圓盤刀施加此范圍內(nèi)的力,研究力負(fù)載對聲學(xué)系統(tǒng)諧振頻率和振幅的影響,得到其變化趨勢關(guān)系,為實(shí)際加工工藝提供理論參考。(3)長時(shí)間連續(xù)切割Nomex蜂窩復(fù)合材料會使系統(tǒng)溫度升高,導(dǎo)致聲學(xué)系統(tǒng)不諧振,加工質(zhì)量變差,故研究溫度對超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)諧振頻率和振幅的影響規(guī)律。首先,分析超聲切削熱的產(chǎn)生原因。然后,根據(jù)力學(xué)知識及頻率方程,推導(dǎo)得到溫度與圓盤刀超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)諧振頻率的理論模型;根據(jù)圓盤刀的位移方程推導(dǎo)得到溫度與圓盤刀超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)振幅的理論模型。最后,通過實(shí)驗(yàn)研究溫度對聲學(xué)系統(tǒng)諧振頻率及振幅的影響規(guī)律,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果的變化趨勢一致,為提高連續(xù)超聲切割加工效率提供理論支持。
【圖文】：

圖 1.1 超聲切割刀具刀切割示意圖 圖 1.3 圓盤刀切割示意對超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)影響的研究現(xiàn)狀是將超聲波發(fā)生器轉(zhuǎn)換后的高頻電振蕩信號傳遞到換將微弱的振動進(jìn)行放大，使其滿足超聲加工所需要的工具上，使工具進(jìn)行高頻率、小振幅的振動，工具作

圖 1.2 直刃刀切割示意圖 圖 1.3 圓盤刀切割示意圖 刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)對超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)影響的研究現(xiàn)狀聲加工的原理是將超聲波發(fā)生器轉(zhuǎn)換后的高頻電振蕩信號傳遞到換能器，再轉(zhuǎn)換呈振動，變幅桿將微弱的振動進(jìn)行放大，使其滿足超聲加工所需要的振幅，再將經(jīng)變的振幅傳遞到工具上，使工具進(jìn)行高頻率、小振幅的振動，工具作用到被加工的物行脈沖式加工[10]。在實(shí)際加工過程中，刀具長時(shí)間的使用會使其磨損，，導(dǎo)致刀具生變化，進(jìn)而對聲學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，故很多學(xué)者針對工具結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對超聲加影響進(jìn)行研究。南理工大學(xué)學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)的方法對超聲刀具的幾何參數(shù)進(jìn)行研究，通過實(shí)驗(yàn)研究得何參數(shù)的刀桿長度、刀桿直徑、刀桿端部銑削平臺面積的大小和開槽的數(shù)量對超聲諧振頻率、反諧振頻率及振幅的影響規(guī)律，得到刀具幾何參數(shù)對超聲聲學(xué)系統(tǒng)具有的結(jié)論[58]。爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)者應(yīng)用有限元仿真的方法對超聲切割系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，根據(jù)分析變幅桿狹槽尺寸、刀片長度、刀片寬度等與諧振頻率的影響規(guī)律，并通過相應(yīng)實(shí)驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2621318