铝蜂窝芯铣削缺陷及其对夹层结构力学性能影响

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与传统金属材料相比,铝蜂窝材料具有优异的性能,如质量轻、比强度高和隔热散热性能好等。然而蜂窝属于典型的薄壁多孔结构,其面内刚度较低,在加工时容易产生各种缺陷,影响零件的使用性能和寿命。本文通过铝蜂窝芯铣削实验得到了铝蜂窝芯铣削加工典型缺陷,利用ABAQUS仿真软件建立了含有加工缺陷的蜂窝夹层结构平面压缩和低速冲击有限元模型,并通过压缩试验和落锤低速冲击试验进行了验证,分析了铝蜂窝芯铣削加工缺陷对夹层结构力学性能的影响规律,为了控制影响蜂窝夹层结构力学性能的主要缺陷,优化了铣削加工参数,主要研究内容如下:(1)通过铝蜂窝芯铣削实验,得到了铝蜂窝芯加工表面典型缺陷的形貌特征,研究了不同加工参数对缺陷的影响规律。结果表明,蜂窝的铣削加工中容易产生明显的加工缺陷,主要缺陷有:撕裂、翻折压溃、开裂脱胶,同时在铝蜂窝芯铣削加工表面伴有一定的微小毛刺。(2)通过铝蜂窝夹层结构压缩试验和有限元模拟,研究了蜂窝芯在面外压缩载荷下的变形过程,分析了不同加工缺陷对夹层结构平压性能的影响。结果表明,铝蜂窝芯加工缺陷中撕裂对夹层结构平压性能的影响最大;蜂窝壁的翻折影响较小;节点处的开裂脱胶在达到一定的剧烈程度后,铝蜂窝的承载能力会有一定的下降。(3)通过铝蜂窝夹层结构落锤低速冲击试验和有限元模拟,对比分析了在不同冲击条件下加工缺陷对夹层结构的影响。研究发现,在不同的冲击能量下铝蜂窝芯加工缺陷使夹层结构吸能量轻微下降;面板厚度的不同对蜂窝夹层结构冲击性能的影响较大,加工缺陷的存在会使夹层结构的比吸能降低,增加蒙皮面板的厚度可以减小加工缺陷的影响;不同的冲头类型对夹层结构冲击过程中极限载荷影响较大,在相同的冲头类型下,含有不同加工缺陷的夹层结构吸能量变化较小,吸能量基本相同。(4)通过不同铣削速度和进给速度比值下的蜂窝芯铣削实验,分析了铝蜂窝芯铣削加工过程和铣削参数对铣削力的影响规律,得到了加工表面质量和加工参数的关系。结果表明,铣削力随主轴转速的增加先减小后增大,随铣削深度和进给速度的增加而增大;拟合了蜂窝壁撕裂缺陷量化数学模型,加工表面撕裂缺陷随铣削速度和进给速度比值的增加呈指数下降;以减少加工表面撕裂缺陷为优化目标,优化了铝蜂窝芯铣削加工参数。
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