Analysis of interface temperature transfer of CFRP/aluminum honeycomb sandwich structure during ultrasonic assisted milling

Diese Studie vertieft sich in die komplexe Welt der Bearbeitung von CFK / Aluminium-Wabensandwichstrukturen und konzentriert sich auf die zentrale Rolle des ultraschallgestützten Fräsens. Durch die Untersuchung der Mechanismen der Grenzflächentemperatur und der Schadensunterdrückung wird aufgedeckt, wie Ultraschallschwingungen die Bearbeitungsqualität signifikant verbessern können. Die Studie stellt ein neuartiges thermomechanisches Kopplungsmodell vor, das die Wechselwirkungen und Übertragungsmechanismen kombinierter mechanischer und thermischer Belastungen an der CFK-Aluminium-Wabenoberfläche während der Fräsarbeiten aufklärt. Schlüsselergebnisse zeigen, dass Ultraschallschwingungen nicht nur den Anstieg der Grenzflächentemperatur verringern, sondern auch den Abtragsmechanismus von CFK grundlegend verändern, wodurch die Wärmeentwicklung minimiert und lokale thermische Akkumulation verhindert wird. Die Forschung bestätigt eine synergistische Interaktion zwischen der Reduzierung der durch Ultraschall induzierten Schnittkraft und der thermischen Abschwächung, die ein effektives Trennen der Fasern und eine Einschränkung der Gratlänge ermöglicht. Darüber hinaus bestätigt die Studie, dass ultraschallvibrationsunterstütztes Fräsen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden signifikant geringere Achsabstände zwischen beschriebenen und umschriebenen Kreisen in Wabenzellen erzeugt, was auf eine bessere Deformationskontrolle hindeutet. Das etablierte mehrskalige Finite-Elemente-Modell, das das Haschin-Kriterium und das Johnson-Cook-Grundgesetz integriert, prognostiziert erfolgreich Temperaturausbreitung und Schadensverteilung unter unterschiedlichen Prozessparametern. Dieses Modell dient als effektives digitales Werkzeug und bietet neuartige methodische Unterstützung für das Verständnis und die Optimierung der Bearbeitung derart heterogener Sandwichstrukturen. Die Forschung kommt zu dem Schluss, dass das Fräsen mit Ultraschall-Vibrationen den Anstieg der Grenzflächentemperatur um 29-31% verringern, die Gratlänge auf bis zu 1 mm minimieren und die Zellrisse um etwa 25-29% verringern kann, wodurch die Verformung des Kerns effektiv unterdrückt wird. Diese Erkenntnisse bieten breite Aussichten für industrielle Anwendungen, insbesondere in Bereichen, die strenge Kontrolle über thermische Schäden und strukturelle Defekte erfordern, wie Raumfahrt und fortschrittliche Fertigung.