碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料切削加工技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、由于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)具有比強(qiáng)度高、比模量大等優(yōu)異性能，在航空航天、國(guó)防行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。復(fù)合構(gòu)件成型后，往往需要根據(jù)裝配要求進(jìn)行二次加工，然而，在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工中易出現(xiàn)毛刺、分層等加工缺陷，以及刀具磨損等問(wèn)題。論文以彈托主要表面的加工應(yīng)用為研究對(duì)象，圍繞加工機(jī)理、刀具磨損、刀具材料和結(jié)構(gòu)、加工工藝參數(shù)等影響因素對(duì)CFRP材料的加工進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析。
　　以碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的銑削加工為研究對(duì)象，

2、通過(guò)試驗(yàn)觀察，對(duì)CFRP材料的切削加工機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:在工件平放銑削方式下，切屑的典型類(lèi)型主要有塊狀切屑和卷曲狀切屑;在工件立放銑削方式下，切屑的典型類(lèi)型主要有長(zhǎng)條狀切屑;在實(shí)際銑削加工中采用逆銑的銑削方式能減小加工缺陷;在切削過(guò)程中，纖維呈脆性斷裂，纖維所受應(yīng)力不同，將形成不同的纖維斷口形貌，主要的斷口形貌有光滑平面斷口、傾斜斷口、多階平面斷口、不規(guī)則斷口、波紋狀斷口，以及長(zhǎng)斜面和不規(guī)則狀斷口組合而成的斷口等。
　　采

3、用硬質(zhì)合金（YG6X，未涂層）及其DLC涂層立銑刀，以及釬焊PCD刀片立銑刀分別進(jìn)行CFRP材料的銑削試驗(yàn)，分析了它們的磨損特征和磨損機(jī)理。結(jié)果表明，這三種刀具均出現(xiàn)磨粒磨損和樹(shù)脂粘附等磨損形態(tài)，而涂層剝落和成塊剝落破損分別為DLC涂層刀具和PCD刀具的特有磨損形態(tài)。此外，CFRP材料的鉆銑試驗(yàn)結(jié)果表明，DLC涂層刀具和PCD刀具均為CFRP材料切削加工的理想刀具。
　　使用不同結(jié)構(gòu)的鉆頭進(jìn)行鉆削加工試驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)鉆頭直徑超過(guò)

4、10mm時(shí)，制孔缺陷和鉆削軸向力均呈大幅增大;采用多刃尖鉆和匕首鉆鉆削CFRP材料時(shí)，孔出口制孔缺陷有明顯減小，其中匕首鉆的最小。為進(jìn)一步了解匕首鉆的鉆削過(guò)程，還建立了匕首鉆的鉆削模型及其臨界軸向力模型，分析了孔出口缺陷的形成過(guò)程，揭示了孔出口缺陷較小的原因，并且獲得了分層產(chǎn)生和擴(kuò)張的臨界軸向力值。
　　通過(guò)CFRP材料的銑削試驗(yàn)，分析了刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)和銑削方式等對(duì)切削力和加工缺陷的影響，優(yōu)化了銑削加工的工藝參數(shù)。以減小銑削力

5、和銑削分層因子為目的，切削速度Vc、進(jìn)給量f和銑削深度ap分別在63～109m/min、0.02～0.18mm/r和1～3mm下，采用PCD立銑刀對(duì)CFRP材料進(jìn)行正交試驗(yàn)，獲得了切削速度Vc、進(jìn)給量f和銑削深度ap的最優(yōu)組合，即分別為63m/min、0.02mm/r和1mm。
　　為考察齒槽的切制過(guò)程和加工缺陷，采用T型銑刀對(duì)CFRP材料進(jìn)行齒槽加工試驗(yàn)，從理論分析和試驗(yàn)研究?jī)蓚€(gè)方面，分析了齒槽加工缺陷的形成過(guò)程及其變化規(guī)律，獲

6、得了齒槽加工每齒進(jìn)給量的合適范圍。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)一步的齒槽加工試驗(yàn)，分析了刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)、銑削方式和工藝參數(shù)等對(duì)齒槽加工缺陷和切削力的影響。
　　針對(duì)CFRP復(fù)合構(gòu)件的加工進(jìn)行試驗(yàn)，確定了車(chē)削、鏜削和孔內(nèi)齒槽加工的工藝參數(shù)(切削速度Vc、進(jìn)給量f和背吃刀量ap)，獲得了孔內(nèi)齒槽加工刀片和走刀路徑的合理方案。至此，在鉆、銑、車(chē)、鏜等加工研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)擬定的加工工藝路線(xiàn)，完成了復(fù)合構(gòu)件120°夾角側(cè)面、端面、外圓、深孔和孔