CFRP材料旋刨制孔力熱特性研究.pdf

1、CFRP材料具有輕質(zhì)、高比模量、高比強(qiáng)度等特性，廣泛地應(yīng)用在航空航天等領(lǐng)域。但因其各向異性的力學(xué)特性和層間強(qiáng)度低的特點(diǎn)，在制孔中容易出現(xiàn)毛刺、撕裂和分層等缺陷，影響零件的裝配質(zhì)量和使用壽命。針對(duì)CFRP的難加工性，提出一種改進(jìn)的旋刨刀具來進(jìn)行制孔，主要研究內(nèi)容有:
　　刀具主切削刃對(duì)碳纖維作用力使纖維絲受拉，受拉應(yīng)力一側(cè)的基體樹脂產(chǎn)生裂紋并展形成切屑;成0°時(shí)纖維在前刀面上彎曲變形，其切削力較小;成90°時(shí)刀具對(duì)碳纖維橫向產(chǎn)生壓應(yīng)

2、力，切削力較大;成45°時(shí)纖維一側(cè)受拉應(yīng)力一側(cè)受壓應(yīng)力，容易發(fā)生纖維拔除的現(xiàn)象。對(duì)于CFRP二元切削模型進(jìn)行研究，刀具對(duì)纖維為順切時(shí)，表面粗糙度值較小;刀具對(duì)纖維為逆切時(shí)，表面粗糙度值惡化。依據(jù)二元模型對(duì)切削力進(jìn)行公式推導(dǎo)，其切削力變化情況與機(jī)理分析相一致。
　　使用有限元仿真軟件ABAQUS建立旋刨刀和套料鉆對(duì)CFRP三維制孔模型，依據(jù)正交試驗(yàn)參數(shù)，得到兩種刀具的制孔軸向力變化情況，在進(jìn)給速度超過100mm/min時(shí)，軸向力較大

3、不利于CFRP的加工。建立旋刨刀具對(duì)CFRP材料制孔時(shí)的溫度場模型，對(duì)其熱物理參數(shù)進(jìn)行均勻化處理，計(jì)算碳纖維與熱流成0°和90°時(shí)兩個(gè)方向上的導(dǎo)熱系數(shù)，建立導(dǎo)熱微分方程，溫度場內(nèi)熱源為刀具所產(chǎn)生環(huán)形熱源，對(duì)制孔溫度場模型進(jìn)行差分化求解。
　　使用旋刨刀和套料鉆兩種刀具進(jìn)行CFRP制孔試驗(yàn)，測量其制孔時(shí)的軸向力和溫度場。旋刨刀軸向力受進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速影響要小于套料鉆，軸向力減小在30％以上。CFRP材料制孔過程中其溫度場呈現(xiàn)出橢圓