超声振动辅助切割芳纶纸蜂窝复合材料的切割力和表面质量试验研究

摘要

芳纶纸蜂窝复合材料因其具有比强度高、耐腐蚀、吸振、透电磁波等特性，目前已经被广泛应用，特别是航空航天领域，蜂窝复合材料以其优越的性能成为该领域不可缺少的结构材料之一，但由于其本身特殊的材料结构特点，芳纶纸蜂窝复合材料也逐渐被当做一种难加工材料来处理。目前对该蜂窝复合材料进行加工应用最早最普遍的方法为铣削加工，而由于这种传统的机械加工方法存在加工效率低、加工质量差等缺点，已经不能满足实际需求。超声振动辅助切割作为将超声振动加工与传统切割加工结合的新型复合加工方法，具有切削力小、加工质量高等优点，在难加工纤维材料的精密高效加工中应用广泛，但由于国外对相关技术资料的封锁和保密，导致国内对该加工方法相应的材料切除机理和加工工艺方面的研究进展比较缓慢且不成系统。因此，本文设计了超声振动辅助切割芳纶纸蜂窝复合材料的试验装置，通过理论分析与试验对超声振动辅助切割条件下和普通切割条件下的切割力以及材料加工后的表面质量进行了系统研究。 尖形刀切割和圆盘刀切割作为对芳纶纸蜂窝复合材料进行粗、精加工的两种独立方式，根据它们各自加工的运动特点，对它们在切割过程中的运动受力特性进行了分析，并以此为基础建立了尖形刀超声振动辅助切割力数学模型，通过理论分析得出尖形刀超声振动辅助条件下的切割力小于普通条件下对应的切割力。 通过设计一定的试验方案研究了刀具进给速度、偏转角度、刀具转速等切割参数对不同刀具在超声振动辅助切割和普通切割两种加工条件下切割力以及表面质量的影响规律，实验结果表明，超声振动辅助切割条件下的切割力确实比普通切割条件下的小，结合切割力随切割参数的变化趋势，所得结论定性地验证了所建尖形刀切割力理论模型和已有圆盘刀切割力理论模型的有效性；同时，各切割参数对切割力以及表面质量影响的分析结论也为实际加工过程中具体工艺参数的选用提供了一定的参考依据。

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