移动式碳纤维复合材料超声振动钻孔装置结构设计开题报告

1. 研究目的与意义

随着制造业的快速发展，传统的钻孔装置由于重量体积大、能耗高、钻头压力大,存在常规机械失效形式，已远不能满足硬脆材料如陶瓷、碳纤维等复合材料的加工。超声钻孔设备具有结构简单、体积小、重量轻、能耗低、轴向力小等优点被广泛应用。

针对碳纤维复合材料切削加工中存在分层、撕裂、翻边、毛刺等加工缺陷，开展超声振动铣削表面粗糙度试验、铣削加工工艺缺陷试验及钻削工艺缺陷试验，分析超声振动加工过程中的影响因素及工艺参数。结果表明，声振动加工的零件表面粗糙度值稳定在如0．9～2．5μm，相比常规切削有效地提高了表面质量，同时适当降低超声切削的频率和振幅，减少切削深度和进给量，对整体减少复合材料的加工缺陷较为有利。

2. 研究内容和预期目标

设计一种移动式超声振动钻孔装置结构，预计得到一种新型的碳纤维复合材料超声振动钻孔装置。对移动式碳纤维复合材料超声振动钻孔装置结构设计提供设计思路。对移动式碳纤维复合材料超声振动钻孔装置进行阻抗特性和振动特性测试实验，验证有限元分析结果的指导意义，通过理论分析和实验验证该移动式碳纤维复合材料超声振动钻孔装置的可行性。对碳纤维复合材料进行移动式碳纤维复合材料超声振动钻孔装置加工和普通钻孔加工的对比实验研究，预期移动式碳纤维复合材料超声振动钻孔装置可使加工缺陷减小 80% 左右 ，并可在多种复杂环境下使用。

3. 研究的方法与步骤

本课题拟采用先进行模拟分析后进行实验的方法进行研究，主要采用有限元分析，研究步骤如下：

1、设计移动式碳纤维复合材料超声振动钻孔装置的各个组成部分，包括换能器、变幅杆，使得移动式碳纤维复合材料超声振动钻孔装置各个部分固有频率相近甚至相同，以达到谐振的目的。

2、模拟移动式碳纤维复合材料超声振动钻孔装置在对碳纤维材料加工下的工作状态。

4. 参考文献

[1]孙恒,陈作模.机械原理(第7版), 2006, (05)

[2]濮良贵.机械设计(第九版), 2013, (05)

[3]成大先.机械设计手册(第5版), 2014,(05)

5. 计划与进度安排

1．2022-2-26～2022-3-2 查阅资料，了解移动式碳纤维复合材料超声振动钻孔装置总体结构国内外研究现状和发展前景，了解超声换能器的设计方法。撰写开题报告和翻译外文资料；

2．2022-3-3～2022-3-9 查阅相关资料，确定移动式碳纤维复合材料超声振动钻孔装置总体结构设计；

3．2022-3-10～2022-3-30 移动式碳纤维复合材料超声振动钻孔装置总体结构设计；