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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 中国材料研究学会
哈尔滨工业大学
主编 苑世剑 国际刊号ISSN 1005-0299 国内刊号CN 23-1345/TB

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引用本文:黄栋,李军利,刘钢,安庆龙.CFRP减振镗杆设计与减振性能实验研究[J].材料科学与工艺,2024,32(4):1-10.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20220423.
HUANG Dong,LI Junli,LIU Gang,AN Qinglong.Design and experimental study of CFRP vibration damping boring bar design and vibration damping performance[J].Materials Science and Technology,2024,32(4):1-10.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20220423.
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CFRP减振镗杆设计与减振性能实验研究
黄栋1,李军利1,刘钢1,2,安庆龙3
(1.上海工程技术大学 机械与汽车工程学院,上海 201620; 2.上海交通大学 四川研究院,成都 610042;3.上海交通大学 机械与动力工程学院,上海 200240)
摘要:
为了提升镗杆的减振能力,减少价格昂贵、难加工的硬质合金材料在减振镗杆中的使用,本文以碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)为主材设计出新型复合结构减振镗杆。在基于传统的使用模态仿真和切削实验方法优化镗杆结构的基础上,提出了新的优化途径,即从镗杆的频响函数中推导出镗杆的动刚度特性函数,根据该函数,以施加到镗杆上的动载荷频率为自变量、动刚度为因变量,通过动刚度曲线研究自变量变化时能够有效延缓镗杆动刚度减小的方法,研究发现,提升镗杆的静刚度和减小其质量在优化镗杆动刚度特性方面的效果更加突出。根据本文的研究结果对CFRP镗杆进行了参数优化和实验验证,结果表明,在中高速切削时,与硬质合金镗杆相比,优化后的CFRP镗杆在52%的切削速度范围内拥有更强的减振性能,可以在受到动载荷的情况下将自身的动刚度维持在较为稳定的水平,从而具备更好的减振能力。
关键词:  减振能力  碳纤维复合材料  复合结构  动刚度  切削实验
DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20220423
分类号:TG53
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金资助项目(52275449).
Design and experimental study of CFRP vibration damping boring bar design and vibration damping performance
HUANG Dong1,LI Junli1,LIU Gang1,2,AN Qinglong3
(1.School of Mechanical and Automotive Engineering, Shanghai University of Engineering and Technology, Shanghai 201620, China;2.Sichuan Research Institute of Shanghai Jiao Tong University, Chengdu 610042, China; 3.School of Mechanical and Power Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)
Abstract:
To improve the vibration damping ability of the boring bar and reduce the use of expensive and difficult-to-process hard alloy materials in damping boring bar, a new type of vibration damping boring bar is designed using Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) as the main material. Based on the traditional methods of optimizing the boring bar structure using modal simulation and cutting experiments, a new optimization method is proposed. This method involves deriving the dynamic stiffness expression of the boring bar from its frequency response function. Based on this function, the variation of the independent variable, which is the frequency of the dynamic load applied to the boring bar, is studied through the dynamic stiffness curve. The aim is to find methods that effectively delay the reduction in dynamic stiffness as the independent variable changes. The research findings suggest that increasing the static stiffness of the boring bar and reducing its mass can effectively improve its dynamic stiffness. Based on the research results, the structural design parameters of the CFRP boring bar are optimized. Finally, the cutting experimental results demonstrate compared with carbide boring bars, CFRP boring bars exhibit stronger vibration damping performance with a cutting speed range of 52%. It can maintain its own dynamic stiffness at a relatively stable level when subjected to dynamic loads, thereby providing better vibration absorption capabilities.
Key words:  vibration damping ability  CFRP  composite structure  dynamic stiffness  cutting test

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