CFRP-鈦合金疊層材料螺旋銑孔切削熱分析與溫度預測.pdf

1、天津大學博士學位論文CFRPCFRP鈦合金疊層材料螺旋銑孔切削熱分析鈦合金疊層材料螺旋銑孔切削熱分析與溫度預測與溫度預測StudyonCuttingHeatTemperaturePredictioninHelicalMillingfCFRPTitanium一級學科：機械工程學科專業(yè)：機械工程作者姓名：劉婕指導教師：任成祖教授天津大學機械工程學院二零一四年十二月I中文中文摘要摘要鈦合金和CFRP(碳纖維增強復合材料)在航空航天制造業(yè)中得到

2、了日益廣泛的應用。本文針對嚴重影響制孔質量的切削熱問題，開展了CFRP和鈦合金材料螺旋銑孔過程切削熱和切削溫度的研究。根據螺旋銑孔原理，本文提出側刃銑削運動形成的圓弧熱源和底刃鉆削運動形成的線熱源兩種類型熱源，分別研究熱源形成的原因、形狀、尺寸和螺旋形運動軌跡；根據熱源法并結合螺旋銑孔切削原理構建位于孔上的固定坐標系和位于熱源上的移動坐標系，研究兩坐標系間螺旋形的相對運動軌跡，并用數學關系式表征該螺旋形軌跡；建立螺旋銑孔的切削力模型，在

3、此模型基礎上計算螺旋銑孔的切削熱量、熱源強度和熱流密度?？紤]CFRP各向異性的特點，建立各向異性介質非穩(wěn)態(tài)的三維熱傳導模型，運用變量分離法求解此傳熱模型得出溫度函數，在此基礎上對該溫度預測模型進行空間和時間積分最終建立CFRP螺旋銑孔過程的溫度預測模型；運用反導熱問題中的共軛梯度法反演計算CFRP螺旋銑孔過程中工件內的能量分配系數；開展了CFRP螺旋銑孔實驗，驗證了溫度預測模型的正確性。在實驗研究的基礎上，分析了主軸轉數，周向進給量和軸

4、向進給量對切削溫度的影響，得出了切削參數對切削溫度的影響規(guī)律。建立鈦合金螺旋銑孔過程中工件內的熱傳導模型，并用格林函數法求解此模型，最終求得鈦合金螺旋銑孔過程中工件中的溫度預測模型；開展鈦合金螺旋銑孔實驗，驗證了溫度預測模型的正確性；在實驗研究的基礎上，分析了主軸轉數和軸向進給量對切削溫度影響，得出了切削參數對切削溫度的影響規(guī)律。建立CFRP鈦合金疊層材料螺旋銑孔過程熱傳導模型，并用積分變換法求解此傳熱模型。在上述研究的基礎上，建立疊層