基于声发射的cfrp钻削损伤及刀具磨损监测研究

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1、密级：非密中图分类号：TG52硕士学位论文基于声发射的CFRP钻削损伤及刀具磨损监测研究研究生：黄文亮导师：李鹏南教授学科：机械工程研究方向：先进制造技术2018年月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterResearchonDrillingDamageandToolWearMonitoringforCFRPBasedonAcousticEmissionCandidate：HuangWenliangSupervisorandRank：LiPengnanProfessor基于声发射的CFRP钻削损伤及刀具磨损监测研究学位类型

2、学术型学位作者姓名黄文亮作者学号15010301006学科（专业学位类别)机械工程研究方向（专业领域)先进制造技术导师姓名及职称李鹏南教授实践导师姓名及职称所在学院机电工程学院论文提交日期2018年月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校

3、有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要碳纤维增强树脂基复合材料（CarbonFiberReinforcedPlastic,CFRP）属于难加工材料的一种，在加工这种材料时，经常遇到一些问题，如钻头磨损严重、制孔质量不达标、材料发生损伤等，且钻头的磨损严重影响了生产效率与所需成本。无

4、损检测技术中的声发射（AcousticEmission）技术可以帮助检测出此材料的损伤情况，且检测过程不会对材料造成二次损伤。本文采用硬质合金刀具钻削T700，分析了不同钻削参数下的声发射信号、钻削力、孔质量、刀具磨损状态，辨识出各种损伤情况下的声发射信号，并构造BP神经网络模型用于监测钻头磨损情况。具体研究内容如下：（1）采用全因素实验，分析了钻削力与声发射信号的关系，并分析了不同加工参数下，AE-RMS、钻削轴向力、加工质量的改变。得出：主轴转速保持不变，随着进给量的增大，钻削力增大，AE-RMS也增大，孔壁粗糙度增大；进给量保持不变，随着主轴转速的

5、增加，钻削力增加，AE-RMS也增大，但孔壁粗糙度减小。在低进给量下，孔出入口处的撕裂因子小。（2）采用小波包分析法对声发射信号进行分析，识别孔出入口处撕裂和不同类型损伤（基体开裂、纤维断裂、分层损伤）的声发射信号，得出：在孔的上表面与下表面形成撕裂损伤，则此时的AE信号会有突变发生。CFRP板材发生的基体开裂和分层损伤会引起轴向力的急剧下降，并引起AE-RMS骤然增加，产生峰值。基体开裂、纤维断裂、分层损伤，所识别出的损伤发生频率为：80-100kHz、160-180kHz和280-320kHz。（3）在声发射技术的基础上开展刀具磨损实验研究，分析不同

6、钻削参数、孔数下刀具的磨损状态以及后刀面磨损与声发射信号幅值、孔出口质量的对应关系，利用小波包技术处理信号，再通过BP神经网络构造模型用于监督刀具磨损状态。得出：钻头的主要磨损位置是后刀面，且失效形式是磨粒磨损和崩刃。加工条件不变的情况下，孔数增多，钻头磨损逐渐加剧。钻孔数不变的情况下，后刀面磨损随进给量加大而变大；随着主轴转速上升，而变小再变大。监测模型相对误差小于21%，符合监测要求。关键字：CFRP；声发射；损伤识别；刀具磨损；磨损监测iiiABSTRACTAsadifficult-to-machinematerial,CFRPhavemanypr

7、oblemsduringthedrillingprocesssuchasfasttoolwear,poorholequalityandeasymaterialdamage.Toolwearhasasignificantimpactontheprocessingefficiencyandcost.AcousticEmissiontechnologyasaNon-destructivetestingcaneffectivelydetecttheinternaldefectsanddamagetypesofCFRP.Aseriesoftestshasbeenc

8、arriedouttoinvestigatetheacousticemissio