刘刚[1]2004年在《纸基蜂窝芯零件高速铣削加工固持系统》文中研究指明目前，纸基蜂窝芯零件的成型方法主要是采用高速铣削加工，在高速铣削加工过程中所采用的固持方法都不同程度的使用了粘结材料。实践证明，现有固持方法的固持稳定性和可靠性较差，在高速铣削成型过程中无法达到可靠固持纸基蜂窝芯材料的目的。在我国某型号飞机的研制过程中，纸基蜂窝芯零件的产品合格率很低，严格的讲没有一件产品达到了设计要求。有不少“问题零件”进入了下一工序或装配，潜在的质量隐患不容忽视。本文针对目前纸基蜂窝芯零件在高速铣削加工过程中所采用固持方法的不足之处，提出了一种全新的基于磁场和摩擦学原理的纸基蜂窝芯零件固持方法。这种固持方法不仅可以可靠固持被加工的纸基蜂窝芯材料，而且由于不再采用任何粘接材料，是一种绿色的，完全对人体和环境无害的加工制造方法，同时还可以大大降低加工成本。本文采用有限元分析和试验测定的方法论证了这种固持方法的可行性，并且在此基础上对固持系统进行了结构设计和加工制造，最后利用自制的固持系统进行了实际的铣削试验，得到了满意的加工结果。 本文在第一章首先阐述了复合材料的基本概念、发展历程及其应用，分析了目前纸基蜂窝芯材料在高速铣削过程中所采用固持方法的不足之处，提出了一种基于磁场和摩擦学原理的纸基蜂窝芯零件固持新方法，最后给出了本论文的主要研究内容和章节安排。 第二章首先详细阐述了磁场和摩擦学原理中摩擦力产生的机理，研究了摩擦系数、铁粉填充高度和外加磁场的磁感应强度对摩擦力的影响。在保证铁粉粉尘发散量满足环保要求的前提条件下，按照摩擦力最大的原则确定了填充铁粉颗粒度的大小；然后利用理论估算和试验测定的方法确定了纸基蜂窝芯材料在高速铣削过程中的受力情况。 第叁章研究了将不连续的蜂窝芯材料转化为连续实体的等效力学参数计算方法，根据这些关系式确定了方向舵蜂窝芯零件的等效力学参数；在此基础上研究了在铣削条件不变的情况下，纸基蜂窝芯材料高度与Z向变形的关系；本章最后提出了一种基于正六边形区域划分的固持点位置确定方法，并且利用这种方法确定了方向舵纸基蜂窝芯零件固持点的位置。 第四章利用有限元的方法定性研究了磁极间距、磁极高度、磁极厚度和磁极长度等结构参数对磁场分布的影响，根据结构参数的分析结果设计制造了单元电磁装置，并且对所加工的单元电磁装置进行了磁性能测试。本章的最后研究了外加磁场对铣削刀具的影响。浙江大李博士李位论义 第五章分别对电磁专用固持平台、电磁通用平台和永磁通用平台进行了结构设计，对电磁通用平台和永磁通用平台进行了加工制造，并且利用自制的固持平台进行了实际的铣削试验，得到了满足设计要求的合格零件。 第六章对全文工作进行了概括总结，并对有待进一步研究的内容进行了展望。关键词:蜂窝芯;复合材料;磁场;摩擦;高速铣削;固持;铣削力本论文研究得到了国防军工项目的资助
金成柱[2]2005年在《NOMEX蜂窝材料高速加工工艺及固持可靠性研究》文中指出蜂窝芯复合材料自从问世以来就以其一系列传统材料所不具备的优点，备受航空、航天界的青睐，成为航空、航天发展不可缺少的材料之一。蜂窝芯材料制作完成以后，需要进行一定的铣削加工，以满足装配、连接等要求，所以蜂窝芯复合材料的铣削加工是蜂窝材料制品从研制到应用中的一个重要环节。目前蜂窝加工因其固持方式落后，铣削加工参数仅靠经验确定的原因，蜂窝芯零件的加工效率和加工质量很难达到设计要求。零件表面质量差，加工精度低，甚至因为固持力不足，蜂窝被刀具拉起，过切、报废的现象时有发生。为了解决蜂窝加工中出现的问题，论文在详细分析蜂窝加工工艺过程的基础上，采用有限元模拟、理论建模和试验相结合的方法，对蜂窝高速铣削加工工艺及蜂窝固持方法进行了深入、广泛的研究。 论文的第一章阐述了复合材料的基本概念、发展过程以及应用领域，介绍了蜂窝夹芯材料的特点及应用，揭示了蜂窝芯加工在我国航空航天业中的重要地位，分析了目前蜂窝芯高速加工过程中影响蜂窝加工表面质量的各种因素。 第二章介绍了复杂型面类NOMEX蜂窝高速铣削加工工艺流程，总结出了蜂窝加工中的关键技术以及存在的问题。论文针对蜂窝加工中关键工艺环节之一的固持工艺进行了深入的研究，揭示了目前固持方法中存在的问题，并介绍了一种基于强磁场和摩擦学原理的纸基蜂窝固持方法以及辅助装备。 第叁章提出了NOMEX蜂窝芯材料高速铣削加工过程的叁维有限元建模方法，研究了材料属性、刀屑摩擦、材料失效准则、能量耗散与局部热传导等有限元模拟所涉及的若干关键技术。最后，通过NOMEX蜂窝的铣削加工试验进行了模型的合理性验证和模型的修正工作，得到了满意的有限元模型。 第四章通过NOMEX蜂窝高速铣削加工的叁维有限元模拟与铣削加工试验，揭示了铣削参数对铣削力以及加工表面质量的影响规律，并建立了以铣削参数为因子的铣削力模型以及加工表面质量的量化模型。同时，论文提出了基于加工效率和加工质量不变情况下，使铣削力达到最小的铣削参数优化方法，避免了加工效率和加工质量顾此失彼的状况。 第五章通过NOMEX蜂窝高速铣削加工的叁维有限元模拟，分析了铣削热在蜂窝铣刀上分布的规律及影响刀具温度的主要因素。利用叁元二次回归正交设计方法，建立了铣削参数的刀具温度模型，揭示了铣削参数对切削齿刃及底部圆片铣刀温度的影响规律。最后，根据铣削温度和铣削力模型进行了基于刀具寿命最优的铣削参数优化。
章荣正[3]2007年在《纸基蜂窝芯零件高速铣削加工固持系统中激磁单元的研究》文中认为由于具有优异的力学性能，纸基蜂窝芯材料广泛地应用于航天航空工业中。但实践证明，我国传统的固持方法在高速铣削成型过程中，无法达到可靠固持纸基蜂窝芯材料的目的，从而制约了这种材料的推广应用。为了解决这一问题，浙江大学柯映林教授于2001年申请了发明专利(专利号：ZL O1 1 35679.0)“蜂窝类柔性结构材料的加工方法”，该专利中首次提出了基于磁场与摩擦学原理的纸基蜂窝芯零件固持方法。与传统的固持方法相比，基于磁场与摩擦学原理的蜂窝固持方法，具有稳定可靠、使用方便、对环境和操作工人无污染、成本低等优点。使用这种固持方法，可大大提高蜂窝芯零件的加工效率与加工精度。目前，基于磁场和摩擦学原理的永磁固持平台已经成功应用于纸基蜂窝芯零件的加工中，并取得了良好的效果。但是在使用中也存在一些不足，如安装困难、结构复杂、制造成本较高。针对这些不足，本文通过理论分析、ANSYS有限元仿真和实验测定相结合的方法，在前人研究的基础上，对纸基蜂窝芯零件电磁固持系统中激磁单元的磁场和力学模型进行了深入的研究，并论证了激磁单元的可行性，丰富了固持系统的实现形式。另外，本文采用的理论计算和有限元模拟方法可看成是对前人以实验为主的研究方法的补充和完善。铁粉填充区域的磁感应强度的大小是这种新的固持方法能否有效固持的关键。因为固持力产生主要是因为磁吸力的存在。而获得填充有铁粉的蜂窝芯材料的磁导率又是计算或分析磁感应强度的一个前提条件。目前国内外学者对铁磁性粉体集合体的特性已经做了大量的研究工作，这些研究都是围绕粉体与绝缘体和粘合剂组成的集合体展开的，而缺乏针对铁粉和蜂窝芯集合体的研究。本文通过实验测定了填充有铁粉的蜂窝芯材料的截面内磁导率，并根据磁阻的公式对轴向磁导率进行了估算。然后，把测得的铁粉磁导率应用于理论计算和ANSYS有限元分析中，提高了结果的准确性。为了确定磁感应强度在铁粉填充区域的分布，首先从有限元计算结果中提取出了有效的磁感应强度值，再利用MATLAB软件将这些离散值分叁部分拟合成相应的数学表达式。在得出铁粉填充区域磁感应强度分布情况的基础上，计算出铁粉柱单元之间的磁吸力，并把由于磁吸力的存在而产生的最大静摩擦力与铁粉的自重作比较。调整相关的磁场参数使得最大静摩擦力大于铁粉自重，这就意味着，铁粉将被“吸附”在蜂窝芯侧壁上。然后定义一种新的实体材料，它的弹性模量、剪切模量和泊松比与蜂窝芯材一样，它的密度和填充有铁粉的蜂窝芯密度一样。这样把切削力作为集中力施加在这种等效材料上，利用ANSYS软件可分析得出局部最大Z向变形。当变形在工程许可的范围内，则可以证明激磁单元是可行的。最后，本文研究了磁感应强度以及磁吸力与铁粉填充高度的关系，论述了固持系统的发热功率与线圈匝数的关系，确定了线圈匝数和线圈电流，并利用ANSYS软件的优化功能对激磁单元结构参数进行了优化，以达到铁芯材料体积最小、成本最低的目的。
薛辉[4]2010年在《纸基蜂窝模块化固持工艺及加工工艺中若干问题的研究》文中进行了进一步梳理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叁部分研究内容。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。
柯映林, 金成柱, 刘刚[5]2006年在《NOMEX蜂窝芯高速铣削加工工艺的优化》文中进行了进一步梳理为了解决NOMEX蜂窝芯高速铣削加工过程中固持可靠性差和加工效率低以及加工表面质量差的问题,提出一种新的基于强磁场和摩擦学原理的蜂窝芯高速加工固持方法。该方法利用灌入蜂窝孔中的铁粉自重以及强磁场平台对铁粉产生的吸引力,在铁粉与蜂窝孔侧壁之间以及蜂窝、铁粉与固持平台之间产生摩擦力,实现对蜂窝底部的全约束和固定。建立了NOMEX蜂窝芯高速铣削加工的铣削力模型,进行了以铣削力最小为目标的铣削参数的优化。通过铣削参数的优化,保证了加工过程中蜂窝的固持稳定性,同时保证了蜂窝加工效率和加工质量。
冯照和[6]2012年在《纸基蜂窝固持系统的设计》文中研究说明目前,在蜂窝零件的高速铣削加工固持过程中所使用的固持方法都不同程度的使用到粘结材料。实践表明,现有的固持方法固持可靠性低,零件加工精度低,粘结材料的后续清理工作复杂。最重要的是,在固持过程中所使用的粘结材料影响工人的身体健康。针对现有固持方法的不足之处,我们课题组提出了一种基于磁场和摩擦吸附原理的蜂窝芯零件固持方法。此方法不仅可以可靠的固持被加工的蜂窝芯材料,而且由于不再采用任何粘接材料,从而大大降低了加工成本,是一种绿色的,完全对人体和环境无害的加工制造方法。本文基于此固持方法,结合课题组已有的研究成果,优化设计出了一整套的固持系统。包括,固持平台的本体、能够实现铁粉填充区域均匀、高度可控的填料装置以及基于分布式弹簧的压紧装置,并且采用有限元的方法对磁路的合理性以及装置的可靠性进行了分析。利用制造出的固持系统进行了真实的加工实验,得到了满意的结果。本文在第一章首先阐述了蜂窝夹层材料的结构特点,然后根据蜂窝材料的属性,对蜂窝零件通常所用的叁种固持方法分别进行了介绍。为了克服这叁种固持方法的不足之处,本课题组提出一种基于磁场和摩擦学原理的纸基蜂窝零件的固持理论。结合此固持理论以及已取得的成果,本文对整个固持系统各部分进行了优化设计,最后给出了全文的研究内容及章节安排。第二章首先阐述了基于磁场和摩擦吸附原理的固持方法,继而根据摩擦力产生的原理,结合固持平台的实际情况对影响摩擦力的主要因素进行了研究。然后通过实验对此固持方法的可靠性进行了分析论证,并且根据分析得到的数据设计了外加磁场的磁路及磁极参数。最后针对铁粉填充介质的类型以及磁化过程是否会对蜂窝材料加工设备产生影响的问题,进行了选择和分析。基于此固持原理,提出了一种新的蜂窝芯零件的加工工艺过程。第叁章首先阐述了蜂窝材料通用固持平台的作用,然后对通用固持平台进行了设计。运用Ansoft Maxwell软件对磁路进行有限元分析,根据分析得到的结果对磁路结构进行了改进。最后综合以上的原理制造出了一套通用磁性平台,并运用制造出的磁性平台对平台的固持可靠性进行了实验分析,得到满意的结果。第四章首先阐述了曲面模块的作用,继而对曲面模块的结构进行了设计。然后运用Ansoft Maxwell软件对添加有曲面模块的磁路进行仿真,验证磁路设计的合理性,最后综合以上原理,制造出了满足要求的曲面模块。第五章首先阐述了辅助系统的组成,包括自动填料装置和压紧装置。然后结合过去设计的机构,根据铁粉以及蜂窝的特性,优化设计了一套辅助装置。随后详细分析了填料装置填料区域的均匀性、高度可控性以及压紧装置的安全可靠性。最后对辅助装置的结构及工作原理进行详细的分析和介绍。根据此原理在实际生产中制造出了一整套辅助装置。第六章主要对本文的研究内容进行了总结,然后对有待进一步研究的内容进行了展望。
刘刚, 柯映林[7]2006年在《纸基蜂窝芯零件高速铣削固持系统设计》文中进行了进一步梳理为了提高纸基蜂窝芯零件高速铣削时的加工精度,降低加工成本,提出了两种基于磁场和摩擦吸附固持原理固持平台的设计方案,即采用电磁装置激发磁场和采用永磁材料激发磁场,并进行了加工制造。通过理论分析和计算确定了在给定铣削力的条件下,可靠固持蜂窝芯材料所必需的磁感应强度。利用有限元软件分析了磁极高度、厚度以及磁极间距等结构参数对磁感应强度的影响。利用制造的两套固持平台进行了铣削试验,得到了满意的固持效果。
黄秀秀[8]2015年在《NOMEX蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割机理研究》文中提出由于NOMEX蜂窝复合材料具有高比强度、高比刚度、耐腐蚀、绝缘性能好等一系列优良特性，目前在航天航空领域已得到广泛应用。NOMEX蜂窝复合材料是一种典型的难加工纤维材料，传统的高速铣削加工时,材料表面容易出现基体开裂、毛刺、外形缺陷等现象，这些加工缺陷降低了结构件的使用性能，难以满足航空航天领域的应用需求。针对这些问题，近年来国内开始引进超声复合切割技术，但是由于该技术在国内起步较晚，目前对超声复合切割加工技术的研究还处于初级阶段，对蜂窝复合材料的加工研究仅限于铣削加工原理及加工工艺方面，对蜂窝复合材料的超声复合切割加工尚未进行系统化的从加工机理到加工工艺研究，以至于尚未能够实现蜂窝复合材料的高效、优质加工，这在一定程度上限制了其在航空领域的应用。针对此本文以直刃刀超声复合切割NOMEX蜂窝复合材料为研究对象，开展超声复合切割机理及加工工艺参数优化研究，主要研究内容与成果如下：（1）针对目前未形成完善的NOMEX蜂窝复合材料超声复合切割加工机理体系，本文基于直刃刀超声蜂窝复合材料运动学特性分析，应用动态断裂力学理论研究蜂窝复合材料超声复合切割微观断裂机理，研究表明加入超声振动后，振动冲击作用引起材料内部裂纹快速扩展，材料出现超前微观断裂，从而减小了切割力。并在此基础上，建立了切割力与工艺参数及刀具参数的关系理论模型，为工艺参数优化奠定理论基础。（2）针对当前NOMEX蜂窝复合材料超声切割加工中工艺参数具有盲目性以及加工质量、加工效率不理想问题，本文进行直刃刀有超声和无超声两种条件下切割NOMEX蜂窝复合材料的切割力试验研究。研究表明与普通切割加工相比，超声复合切割加工可以有效地降低切割力，获得较好的表面加工质量，具有突出加工优势；研究总结各切割参数及切割参数两两交互作用对切割力的影响，研究表明合理选择刀具摆角、刀具前倾角、切割深度工艺参数对减小切割力改善加工质量具有重要意义，并为工艺参数优化提供理论依据；研究结果很好地验证了建立的切割力理论模型正确性；（3）针对超声切割加工中切割参数如何合理选择一直没有得到很好的解决问题，本文以提高加工效率和加工质量为出发点，建立以切割力和材料去除率为优化目标函数，开展优化切割参数优化研究，应用一种结合了遗传算法的全局搜索寻优和非线性规划算法的局部寻优的优化算法进行切割参数的优化计算，获取最佳工艺参数。优化结果表明:优化工艺参数的结果与理论分析结果相一致，说明该优化结果的正确性，可为实际加工过程中的工艺参数的合理选择提供了一定的参考价值。
李杰[9]2012年在《NOMEX纸基蜂窝材料的组合铣刀高速铣削研究》文中提出蜂窝材料越来越多地应用到航空航天以及国防、建筑、包装等行业,其高效、高质量加工技术的研究也愈发被人们重视。NOMEX纸基蜂窝材料是一种多孔固体结构的短纤维复合材料,具有非均质、各向异性的特点,在加工中大量出现撕裂、压塌、毛刺、芯格变形等问题。本文针对该材料的性能及其结构特点,基于使用蜂窝组合铣刀的高速切削加工工艺,考虑到其铣削过程的复杂性,从微观、瞬时、宏观叁个方面,利用有限元仿真、数学解析、实验方法对加工中的切削力进行了研究。利用有限元软件对加工过程进行了仿真。在总结现有有限元仿真理论的基础上,建立了NOMEX纸基蜂窝材料铣削加工的叁维有限元仿真模型,并基于材料的本构特性以及断裂力学,对参数设置进行调整和优化;根据仿真结果,分析了不同切削参数下的切削力变化趋势,并与实验结果进行了对比验证,得到了较好的拟合精度,为研究加工参数对切削力影响提供了有效方法。在一般切削理论和复合材料力学、冲击力学理论的基础上,采用解析的方法对铣削力进行建模。研究了多孔固体的结构与性能以及复合材料细观力学,通过对高速铣削机理的研究,分析了叁维切削力建模方法。确定了瞬时未变形厚度的计算公式,根据正交切削的特点,建立了微元切削力模型,进而推出了整体铣刀的瞬时切削力。在此基础上建立了切削力的解析模型,并建立切削力系数与切削参数之间的关系模型。并通过切力系数对每齿进给周期中的切削力进行了预测,将预测结果与实验结果进行对比,验证分析模型的实用性和准确性。通过与实验对比,解析模型对于平均切削力数值的预测比较准确,实现了对铣削过程切削力的数值仿真。通过实验的方法建立了铣削力的经验模型。采用实验优化设计的方法进行了铣削与磨削的对比实验,使用正交旋转组合设计和四元二次回归分析原理,建立了NOMEX纸基蜂窝材料高速铣磨削的切削力经验模型；比较了铣削与磨削加工NOMEX纸基蜂窝材料的利弊,研究了刀具磨损以及加工表面质量,分析了切削参数对切削力以及加工表面质量的影响,为切削参数的优化提供了理论依据。本文从研究切削力角度为优化加工参数、改进固持方法、优化刀具设计、提高加工表面质量提供了理论依据和实验参考。
杨辉, 董辉跃[10]2010年在《基于工业机器人的纸基蜂窝芯零件填料工艺研究》文中进行了进一步梳理针对基于磁场和摩擦学原理的纸基蜂窝芯零件固持新方法,提出了基于工业机器人的自动填料工艺,进而提出了机器人填料作业离线编程的实现方法。重点论述了基于机器人的填料工艺的离线编程实现方法,研究了填料区域规划、运动学计算、生成机器人填料作业程序以及机器人填料作业仿真等。采用VC++语言开发了基于机器人驱动的填料系统,并以某型号飞机方向舵蜂窝零件为例进行填料仿真,通过仿真分析,验证了基于工业机器人的自动填料工艺的可行性,并可以有效地提高蜂窝零件的加工精度和效率。
参考文献：
[1]. 纸基蜂窝芯零件高速铣削加工固持系统[D]. 刘刚. 浙江大学. 2004
[2]. NOMEX蜂窝材料高速加工工艺及固持可靠性研究[D]. 金成柱. 浙江大学. 2005
[3]. 纸基蜂窝芯零件高速铣削加工固持系统中激磁单元的研究[D]. 章荣正. 浙江大学. 2007
[4]. 纸基蜂窝模块化固持工艺及加工工艺中若干问题的研究[D]. 薛辉. 浙江大学. 2010
[5]. NOMEX蜂窝芯高速铣削加工工艺的优化[J]. 柯映林, 金成柱, 刘刚. 中国机械工程. 2006
[6]. 纸基蜂窝固持系统的设计[D]. 冯照和. 浙江大学. 2012
[7]. 纸基蜂窝芯零件高速铣削固持系统设计[J]. 刘刚, 柯映林. 中国机械工程. 2006
[8]. NOMEX蜂窝复合材料直刃刀超声复合切割机理研究[D]. 黄秀秀. 杭州电子科技大学. 2015
[9]. NOMEX纸基蜂窝材料的组合铣刀高速铣削研究[D]. 李杰. 大连理工大学. 2012
[10]. 基于工业机器人的纸基蜂窝芯零件填料工艺研究[J]. 杨辉, 董辉跃. 机械科学与技术. 2010
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