超声振动切割Nomex蜂窝芯材料的研究

【作者】 康迪； 邹平； 杨旭磊； 赵海东； 田英健；

【机构】 东北大学机械工程与自动化学院；

【摘要】 Nomex蜂窝芯材料由于具有独特的特性而被应用在很多高精尖的领域,但是在成型加工过程中易出现加工表面质量差,产生大量毛刺和粉尘,蜂窝芯被撕裂、脱胶、压溃等问题限制了其更广泛的应用。为解决上述加工缺陷,研制了一种超声振动切割装置对Nomex蜂窝芯材料进行超声振动切割加工研究。超声振动切割装置的加工性能好坏取决于超声振动系统设计。首先对超声振动切割工作头的结构设计进行了理论探讨,超声振动切割工作头包括超声换能器,变幅杆和切割刀具三部分,根据超声振动切割加工的工艺特性分别对三部分进行了设计研究。然后,为使超声振动切割工作头复合在数控铣钻床上,设计了工作头专用夹具。超声振动切割工作头夹具的设计参照了所使用机床本身的结构特点和超声振动切割加工的工艺要求。因此所设计的超声振动切割系统满足对Nomex蜂窝芯材料加工的研究。采用ABAQUS软件对设计的超声振动切割工作头进行模态分析。由于压电陶瓷属于各向异性材料,因此在模态分析中要对压电陶瓷片设定材料方向。根据分析要求对工作头的各个部件进行网格划分,分析工作头的各阶次固有频率,检验是否与超声发生器的频率相匹配。分别在工作头的底座、变幅杆法兰和刀具部件上选定一点,模拟分析选定点在各阶次的位移情况,通过模拟分析检验所选定的工作头装夹位置是否合理,刀具是否产生有利的振动,从而完成对设计结构的检验和修正。最后对超声振动切割加工Nomex蜂窝芯材料进行试验验证,将超声振动切割工作头通过专用夹具复合到数控铣钻床上,Nomex蜂窝芯材料使用双面胶带法固定到工作台上,根据超声振动切割加工的工艺要求设定进给速度、前倾角、振幅、切割深度等工艺参数,对Nomex蜂窝芯材料进行有无超声的单因素切割试验。试验所得有无超声切割的两类工件通过超景深显微镜对切割表面进行放大观察。普通切割条件下的切割表面质量很差,表面毛刺严重,切割不整齐,还伴有撕裂现象。超声振动切割条件下的切割表面质量有明显提高,表面几乎没有毛刺产生也没有撕裂现象。试验结果表明超声振动切割Nomex蜂窝芯材料具有良好的加工性能,可提高Nomex蜂窝芯材料的加工质量和加工效率。更多还原