铝蜂窝芯材料铣削力预测研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gandianci20
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与传统金属材料相比,铝蜂窝芯材料既有金属材料本身的特点,又有蜂窝材料优良的空间几何特征和力学特性,如质量轻、高比强度、高比刚度、吸能减震等,被广泛应用于航空航天、高铁列车、雷达探测等领域。然而,由于铝蜂窝芯材料在芯轴方向上刚度大,垂直于芯轴的面内方向刚度弱,在切削加工过程中铣削力对每条铝蜂窝壁的作用效果各不相同,会经常出现撕裂毛刺、塌边、蜂窝壁变形及脱胶等缺陷,从而极大限制了铝蜂窝芯材料的应用。本文从铝蜂窝壁铣削力着手,基于经典切削理论,分析刀具与铝蜂窝壁的接触情况,建立铝蜂窝壁铣削力预测模型。并进行了正交车削试验和单壁铣削实验,完成对切削力系数的标定和铝蜂窝壁铣削力模型的验证。基于铝蜂窝壁铣削力模型,分析刀具与铝蜂窝壁的相交关系,建立铝蜂窝芯铣削力预测模型,并通过铝蜂窝芯铣削实验验证模型的正确性,为研究铝蜂窝芯缺陷形成机理提供了理论基础。本文主要研究成果如下:(1)基于经典切削理论,分析刀具与铝蜂窝壁之间的接触关系,通过薄壁铣削角来表征切削速度与铝蜂窝壁的相对角度关系,通过切削刃条数来表征不同切削深度下刀具与铝蜂窝壁的接触长度,进而建立了包含薄壁铣削角和切削刃条数的铝蜂窝壁铣削力预测模型。(2)通过正交车削试验,采用最小二乘法拟合摩擦角、变形系数与切削参数之间的函数关系,探究切削参数对摩擦角及变形系数的影响规律,并完成对切削力系数的标定。设计单壁铣削实验,发现实验测定切削力与理论预测切削力平均误差为9.25%,验证了铝蜂窝壁铣削力预测模型的正确性,并基于铝蜂窝壁铣削力预测模型进一步探究了薄壁铣削角及切削参数对铣削力的影响规律。(3)建立坐标转化矩阵对铝蜂窝壁铣削力进行转化,分析切削过程中刀具与铝蜂窝各壁的接触情况,根据刀具直径与铝蜂窝壁长的比例关系把接触情况分为若干阶段,求解出每个阶段刀具接触铝蜂窝芯的薄壁铣削角,进而建立了铝蜂窝芯铣削力预测模型。通过铝蜂窝芯铣削实验,发现实验铣削力与理论铣削力的平均误差为15.17%,因此铝蜂窝芯铣削力模型能够预测加工铝蜂窝芯时的铣削力大小。
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