【摘 要】
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先进飞机制造过程中,大量使用碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）于主承力零部件上,以提高装备结构效率、实现减重,其用量的增加已成为提升飞机先进性的必然趋势。此类零部件多具薄壁、弱刚性特征的复合材料柔性件;保形加工作为该类柔性件制造的最后环节,其加工后特征直接影响飞机装配准确度及可靠性。然而,由于材料性能导致复材柔性件加工中易变形,且表面质量存在缺陷,同时柔性件保形加工的基础研究不足、工艺数据匮乏,
【基金项目】
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国家自然科学基金“先进飞机复合材料柔性件保形加工中变形控制的基础研究”项目的资助,项目编号为51865048；
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先进飞机制造过程中,大量使用碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）于主承力零部件上,以提高装备结构效率、实现减重,其用量的增加已成为提升飞机先进性的必然趋势。此类零部件多具薄壁、弱刚性特征的复合材料柔性件;保形加工作为该类柔性件制造的最后环节,其加工后特征直接影响飞机装配准确度及可靠性。然而,由于材料性能导致复材柔性件加工中易变形,且表面质量存在缺陷,同时柔性件保形加工的基础研究不足、工艺数据匮乏,这对面向工程的加工技术提出了严峻的挑战。可见,获取相匹配的工艺保证变形及表面质量是保形加工亟需解决的关键问题。本文以“N-2-1”定位及“随形-就近”装夹原则,建立了综合考虑装夹载荷及切削载荷的动力学模型,并分析了有限元精度影响关键因素,进而获取了工艺参数与柔性件的动态响应特征,研究结果表明:在层合板加工中网格尺寸应小于或等于每齿进给量;采用小进给可控制变形;微刃铣刀对变形影响较大,但是其几何尺寸偏差较小,可忽略不计;柔性件变形为局部区域刚度弱化而非整体,印证了尺寸单元化的思想。由此从机理上为变形控制提供理论依据。为表征柔性件已加工表面质量特征,构建了多尺度宏细观模型,挖掘了薄壁、弱刚性复材柔性件局部加工表面质量特征与加工工艺参数间的关系,以此形成面向保形加工约束条件的数据源,研究表明:异向层间树脂损伤较大,而同向层内有助于对损伤的抑制;高转速、小进给对损伤起到一定抑制作用;不同纤维取向的毛刺长度规律为135°＞90°＞45°＞0°,且微刃铣刀铣削后表面质量更优异。结合实际工程中容差要求,运用BP神经网络及遗传算法的现代数学技术来抑制变形,并形成数据库与优预测为一体的软件系统,从而在保证表面质量的前提下可有效输出抑制变形的关键基础数据,为先进飞机复材柔性件的保形加工技术提供工艺参考。
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