【摘要】：經(jīng)濟(jì)性是21世紀(jì)現(xiàn)代航空工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵詞,而輕量化設(shè)計是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的最佳途徑。為了追求極致的輕量化設(shè)計,夾層結(jié)構(gòu)已在航空工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用,如飛機(jī)的地板和襟翼。迄今為止,兼具宏觀蜂窩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和細(xì)觀芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料特點(diǎn)的芳綸蜂窩材料無疑是最理想的航空夾層芯材之一,A380就大量使用了杜邦公司生產(chǎn)的NOMEX蜂窩(一種間位芳綸蜂窩材料)。然而,NOMEX蜂窩優(yōu)異的物理、力學(xué)以及化學(xué)性能同樣給后續(xù)的加工帶來了極大的難度,且蜂窩結(jié)構(gòu)在W-L面內(nèi)呈現(xiàn)突出的弱剛性特點(diǎn),切邊加工中易出現(xiàn)孔壁退讓現(xiàn)象,孔壁難以被有效地切斷,毛刺以及撕裂等加工損傷頻發(fā)。針對上述加工難題,國內(nèi)外已開展了大量的有益研究,在高效加工技術(shù)及剛性補(bǔ)償方法等方面取得了顯著進(jìn)展,提出了超聲輔助加工技術(shù)、電磁固持方法、冰結(jié)固持方法等關(guān)鍵技術(shù),但在材料去除機(jī)理、損傷形成機(jī)制及損傷抑制策略等方面的理論尚不成熟,缺乏對NOMEX蜂窩宏/細(xì)觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的考量。針對上述研究現(xiàn)狀,為實(shí)現(xiàn)NOMEX蜂窩的低損傷切邊加工,本文依托于國家自然科學(xué)基金面上項目“芳綸纖維復(fù)合材料加工過程力熱耦合作用機(jī)理及損傷消減策略”,結(jié)合NOMEX蜂窩的宏/細(xì)觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對其剛性特點(diǎn)、損傷成因、切削過程以及切削角度進(jìn)行了系統(tǒng)分析,提出了合理的損傷抑制策略,并研制了一種專用多齒切邊刀具。本文的核心工作和取得成果如下:(1)結(jié)合NOMEX蜂窩的物理、力學(xué)性能特點(diǎn),從宏/細(xì)觀角度對其可加工性進(jìn)行了系統(tǒng)研究,揭示了NOMEX蜂窩加工難題的根源所在。首先,開展了關(guān)于NOMEX蜂窩剛性特點(diǎn)的研究,對不同孔壁位置的加工損傷特征進(jìn)行了理論預(yù)測與試驗(yàn)驗(yàn)證,確定了NOMEX蜂窩的宏觀切削特點(diǎn);其次,結(jié)合蜂窩孔壁的細(xì)觀構(gòu)成,建立了NOMEX蜂窩單層孔壁的切削模型,對典型加工損傷的成因進(jìn)行了分析,確定了NOMEX蜂窩的細(xì)觀切削特點(diǎn)。(2)為探究NOMEX蜂窩的損傷抑制策略,在考慮刀具空間結(jié)構(gòu)及位置的基礎(chǔ)上,結(jié)合蜂窩孔壁的薄壁及周期特點(diǎn),對切削過程進(jìn)行了系統(tǒng)研究。首先,通過幾何分析確定了切削過程中關(guān)鍵切削角度(接觸角/切入角)的計算方法,從刀齒與孔壁的接觸狀態(tài)和運(yùn)動關(guān)系入手,分析了孔壁受力狀態(tài)的變化,闡釋了上述切削角度變化對加工損傷的影響,并提出了基于切削角度調(diào)控的損傷抑制策略;其次,在切削角度分析的基礎(chǔ)上,對圓盤刀具的斷/連續(xù)切削過程進(jìn)行了對比研究,揭示了現(xiàn)有無齒圓盤刀具易形成撕裂損傷的根本原因。(3)為保證NOMEX蜂窩損傷抑制策略的順利實(shí)施,基于復(fù)合材料切削機(jī)理,研制了NOMEX蜂窩專用多齒切邊刀具,并通過刀具幾何角度試驗(yàn)確定了最佳楔角β~*和最佳刃傾角λ_?~*。由于符合斷續(xù)切削過程和多刃微切削原理,自研切邊刀具可以有效切斷NOMEX蜂窩孔壁,配合本文提出的基于切削角度調(diào)控的損傷抑制策略,能夠較好地滿足航空夾層芯材的低損傷切邊加工要求,基本實(shí)現(xiàn)了撕裂損傷的抑止和其他加工損傷的抑制。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V250;TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2627107