碳纤维复合材料磨削温度理论分析与试验研究

论文摘要

碳纤维复合材料作为一种先进的复合材料,具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸振性好等一系列优点,在航空航天、汽车等领域已有广泛的应用。但是碳纤维复合材料呈各向异性,导热系数低,导致切削热量堆积,机械加工条件恶劣,加工温度难以准确测定。论文结合相关教育部基础研究项目基金和辽宁省自然科学基金项目,对碳纤维复合材料材料的磨削温度进行了理论分析与试验研究,主要研究工作和取得的成果如下:(1)针对碳纤维/树脂复合材料的结构特性,依据传热学基本理论,建立了碳纤维/树脂复合材料平面磨削温度场数学模型,应用VB软件开发了磨削温度场模拟计算程序,并对碳纤维/树脂复合材料的磨削温度场进行了模拟分析。磨削温度试验结果验证了理论模型的合理性。(2)构建了磨削温度/磨削力试验系统,自制了磨削温度测量用传感器,并进行了标定。应用该试验系统,试验研究了碳纤维/树脂复合材料磨削温度和磨削力随工艺参数的变化规律,通过试验数据回归处理,得到了磨削温度和磨削力的经验公式,并综合加工后的工件表面粗糙度和表面形貌试验结果,给出了合理的碳纤维/树脂复合材料磨削参数范围。(3)为考察碳石英陶瓷基复合材料的磨削温度对工件质量的影响,进行了碳石英陶瓷基复合材料的磨削测温试验,试验探讨了磨削温度和磨削力随工艺参数的变化规律,建立了磨削温度和磨削力的经验公式,综合磨削后的粗糙度和表面形貌试验分析结果,给出了合理的碳石英陶瓷基复合材料磨削参数范围。(4)为考察电镀金刚石套料钻加工碳纤维/树脂复合材料的效果,进行了“以磨代钻”测温试验,给出了钻削温度与工艺参数的变化规律,并与传统硬质合金钻头钻削温度和加工后表面形貌进行了对比,给出了套料钻合理的钻削工艺参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 碳纤维复合材料应用与发展
• 1.2 国内外有关纤维复合材料的研究成果综述
• 1.2.1 国内外机械加工研究成果
• 1.2.2 国内外磨削温度研究成果
• 1.3 本课题的选题意义与论文的主要工作
• 1.3.1 本课题选题的意义
• 1.3.2 论文的主要工作
• 2 碳纤维复合材料磨削温度场数学模型建立与分析
• 2.1 导热微分方程的建立
• 2.1.1 建立碳纤维复合材料导热理想化模型
• 2.1.2 导热过程的单值性条件
• 2.1.3 导热微分方程
• 2.2 导热微分方程中一些参数的确定
• 2.2.1 碳纤维和树脂的导热系数，密度，比热的确定
• 2.2.2 对流换热系数
• 2.2.3 磨削热源强度的计算
• 2.3 解导热微分方程
• 2.3.1 有限差分格式的建立
• 2.3.2 稳定性和边界条件的处理
• 2.3.3 计算程序设计
• 2.4 计算结果及分析
• 2.4.1 温度模拟软件界面
• 2.4.2 理论温升规律
• 2.4.3 理论温度场
• 2.5 本章小节
• 3 碳纤维/树脂复合材料磨削温度的试验研究
• 3.1 磨削测温的试验设计
• 3.1.1 试验设备与系统
• 3.1.2 试验目的
• 3.1.3 试验内容
• 3.2 热电偶的制作与标定
• 3.2.1 热电偶的焊接
• 3.2.2 热电偶的动态标定
• 3.2.3 热电偶的静态标定
• 3.3 磨削温度试验结果及分析
• 3.3.1 碳纤维/树脂复合材料试验温度分析
• 3.3.2 建立碳纤维/树脂复合材料磨削温度经验公式
• 3.3.3 试验温度与理论温度的对比分析
• 3.4 碳纤维/树脂复合材料磨削工艺试验研究
• 3.4.1 碳纤维/树脂复合材料磨削力分析
• 3.4.2 碳纤维/树脂复合材料磨削表面质量分析
• 3.5 本章小结
• 4 碳石英陶瓷基复合材料磨削温度的试验研究
• 4.1 磨削测温试验设计
• 4.1.1 试验目的
• 4.1.2 试验内容
• 4.2 试验结果及分析
• 4.2.1 碳石英陶瓷基复合材料磨削温度分析
• 4.2.2 碳石英陶瓷基复合材料磨削力分析
• 4.2.3 碳石英陶瓷基复合材料磨削表面质量分析
• 4.3 本章小结
• 5 碳纤维/树脂复合材料“以磨代钻”试验研究
• 5.1 “以磨代钻”测温试验设计
• 5.1.1 试验设备与系统
• 5.1.2 试验目的
• 5.1.3 试验内容
• 5.2 试验结果及分析
• 5.2.1 碳纤维/树脂复合材料以磨代钻温度分析
• 5.2.2 表面形貌分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢