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纸基蜂窝模块化固持工艺及加工工艺中若干问题的研究

作　者: 薛辉
导　师: 董辉跃
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: NOMEX蜂窝高速铣削铣削力固持工艺加工工艺回归正交试验发泡胶粉尘有限元模型
分类号: TG54
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

NOMEX等纸基蜂窝材料作为蜂窝夹层结构的夹芯,由于具有很高的比强度、比刚度等一系列传统材料不具备的优点,在航空、航天领域有着广泛的应用,成为航空、航天发展不可或缺的材料之一。NOMEX蜂窝芯毛坯在制作完成后,需要进行一定的铣削加工,以满足后续的装配需要。但是由于NOMEX蜂窝只能承受较大的轴向力,而在面内几乎“一压即扁”,使其固持方法与传统实体材料有很大不同,只能固定蜂窝底面孔格边实现“线接触”,固持力较小,这就使得NOMEX蜂窝加工中经常出现固持力不足,蜂窝被刀具拉起,发生过切、报废的现象。另外,当前蜂窝加工中,大量的粉尘和发泡胶难以切削等问题也日益突出。论文围绕NOMEX纸基蜂窝加工工艺中的若干问题以及固持工艺,利用理论分析、有限元仿真和试验相结合的技术手段,进行了深入研究。对当前蜂窝加工中切削力与固持力的矛盾,利用目前应用较多的组合式蜂窝加工专用铣刀,设计并实施了一系列的回归正交试验。该试验研究了主轴转速、切削深度、切削宽度、进给速度、刀具摆角等切削参数对铣削力的影响规律以及对加工表面质量的影响规律。论文通过深入解析试验数据,得出了纸基蜂窝加工的铣削力模型,并且对加工表面质量作了定性分析。在蜂窝切削试验获得切削力和加工表面质量的基础上,为了解决蜂窝加工过程中大量的粉尘问题,提出了一种新的加工方式,即采用硬质合金立铣刀先将蜂窝零件的待加工部分切槽,然后利用圆片铣刀进行切削。为了验证这种方式的可行性,设计了一系列试验,详细研究了不同的切削参数对切削力的影响规律。另外,为了解决组合铣刀加工发泡胶导致刀具破损严重的问题,提出了在加工蜂窝前,先利用整体硬质合金立铣刀单独加工发泡胶的理念,并且设计试验,研究了铣削力的规律。数值仿真与切削试验相结合研究蜂窝材料的切削加工是论文的第三部分研究内容。基于大型非线性有限元软件ABAQUS,利用PYTHON语言进行二次开发,编写了多种蜂窝几何建模和网格划分的ABAQUS插件,这些插件调用ABAQUS内核,实现几何建模和网格划分的自动化。同时,探讨了蜂窝加工有限元仿真过程中的一些关键技术点,在一定简化条件下,提出了建立NOMEX蜂窝加工仿真模型的方法。论文最后研究了模块化固持工艺的思想,并且利用ANSYS中的APDL参数化语言编程建立了模块化固持平台的有限元电磁仿真模型,结合理论分析、数学建模等方法以及第二章的试验数据,对模块化固持工艺可行性进行了验证。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
本文使用的主要符号及其单位  10-15
第一章绪论  15-25
  1.1 NOMEX蜂窝夹芯的特性及其应用  15-16
  1.2 NOMEX蜂窝夹芯零件的加工与固持现状  16-20
    1.2.1 蜂窝芯零件的加工方法  16-17
    1.2.2 蜂窝芯零件的固持工艺  17-20
  1.3 论文的研究背景、意义及总体框架  20-25
    1.3.1 论文的研究背景及意义  20-21
    1.3.2 论文总体框架  21-25
第二章 NOMEX纸基蜂窝高速加工工艺试验研究  25-57
  2.1 引言  25
  2.2 NOMEX蜂窝高速铣削规律研究  25-47
    2.2.1 NOMEX蜂窝铣削力建模试验设计  26-31
    2.2.2 NOMEX蜂窝铣削试验  31-35
    2.2.3 NOMEX蜂窝铣削试验回归分析  35-44
    2.2.4 加工表面质量分析  44-47
  2.3 复杂型面蜂窝铣削工艺研究  47-54
    2.3.1 刀具加工范围分析  47-49
    2.3.2 主轴摆角的二元二次试验设计  49-50
    2.3.3 主轴摆角对铣削力的影响规律研究  50-53
    2.3.4 加工表面质量分析  53-54
  2.4 本章小结  54-57
第三章 NOMEX纸基蜂窝零件新加工工艺的试验研究  57-81
  3.1 引言  57
  3.2 圆片铣刀铣削工艺研究  57-70
    3.2.1 圆片铣刀铣削工艺概述  57-59
    3.2.2 圆片铣刀铣削工艺可行性研究  59-63
    3.2.3 圆片铣刀铣削规律的试验研究  63-70
  3.3 发泡胶切削工艺研究  70-79
    3.3.1 切削新工艺概述  71-73
    3.3.2 发泡胶切削工艺试验设计  73-75
    3.3.3 发泡胶切削工艺规律的试验研究  75-79
  3.4 本章小结  79-81
第四章 NOMEX纸基蜂窝加工过程有限元仿真  81-95
  4.1 引言  81
  4.2 蜂窝几何建模的插件开发  81-86
    4.2.1 基于ABAQUS二次开发概述  82-83
    4.2.2 蜂窝几何建模插件开发  83-85
    4.2.3 蜂窝网格自动划分  85-86
  4.3 NOMEX蜂窝加工有限元仿真关键问题  86-94
    4.3.1 建立有限元装配模型  86-87
    4.3.2 材料模型  87-88
    4.3.3 失效准则  88-89
    4.3.4 接触问题  89-91
    4.3.5 边界条件  91
    4.3.6 NOMEX蜂窝加工有限元仿真过程分析  91-94
  4.4 本章小结  94-95
第五章复杂型面纸基蜂窝模块化固持工艺研究  95-107
  5.1 引言  95
  5.2 模块化平台设计  95-100
    5.2.1 模块化原理  95-97
    5.2.2 模块化平台固持力分析  97-99
    5.2.3 模块化平台磁路控制方法  99-100
  5.3 模块化平台电磁仿真分析  100-105
    5.3.1 电磁仿真模型  100-102
    5.3.2 模块参数对磁场力影响规律  102-104
    5.3.3 磁路控制仿真  104-105
  5.4 固持工艺可靠性验证  105-106
  5.5 本章小结  106-107
第六章结论与展望  107-111
  6.1 结论  107-109
  6.2 展望  109-111
参考文献  111-115
攻读学位期间发表(撰写)的论文及参加的课题  115-117
  1. 学术论文  115
  2. 科研项目  115-117
附录一第二章试验表格  117-119
  1. 试验用四元二次回归正交试验表  117-118
  2. 试验用二元二次回归正交试验表  118-119
附录二第三章试验表格  119-121
  1. 圆片铣刀铣削试验表  119-120
  2. 发泡胶切削试验表  120-121
附录三第四章基于ABAQUS蜂窝建模插件的部分源程序  121-125
  1. 壳体蜂窝模型的源程序  121-123
  2. 实体蜂窝模型的源程序  123-125
附录四第五章电磁仿真的APDL部分源程序  125-128

纸基蜂窝模块化固持工艺及加工工艺中若干问题的研究

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