碳纤维/树脂基复合材料铣削表面粗糙度及表面形貌研究
发布时间：2021-10-13 23:14
目的研究了CFRP材料铣削加工过程中,部分主要工艺对CFRP材料加工表面质量的影响规律,为工艺参数优化,提高此类零件的表面质量提供依据。方法设计了CFRP材料铣削中的切削参数、刀具结构、加工方法与加工表面粗糙度及表面形貌之间的单因素试验。通过单调改变一个切削参数而其余切削参数不变,得到了工件表面粗糙度和表面形貌随切削参数、刀具结构、加工方法的变化规律。结果当铣削速度增大时,工件的表面粗糙度变化不大,表面微坑缺陷的数量却有所增加,但变小、变浅。当进给速度增大时,工件表面粗糙度呈上升趋势,表面缺陷也随之增加。无涂层多齿刀具铣削后的工件表面粗糙度最大,其次是金刚石涂层多齿刀具铣削的工件,最小的是金刚石涂层交错齿刀具铣削的工件。多齿刀具加工后的表面有较多的微坑缺陷,但普遍深度较浅且面积较小。交错齿刀具对分层缺陷的抑制作用最明显,但在左旋和右旋刀齿交错处容易出现较严重的加工缺陷。与普通机械加工方法相比,超声振动加工方法得到的工件表面质量较好,可以有效减少表面微坑缺陷,改善CFRP铣削加工表面质量。结论 CFRP材料铣削加工时,为了获得较好的加工表面质量,切削参数应选用较高的切削速度和较低的进给速...
【文章来源】：表面技术. 2017,46(09)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
表面粗糙度随切削参数的变化曲线
·266·表面技术2017年9月表1切削参数Tab.1Cuttingparameters切削速度vc/(m·min1)进给速度vf/(mm·min1)125100125300125500125700504001004001504002004002试验结果分析2.1切削参数对加工表面质量的影响CFRP侧铣切削参数与表面粗糙度之间的关系如图1所示。当切削速度vc从50m/min增大至100m/min时，三种刀具加工后的工件表面粗糙度均减小；当切削速度vc从100m/min增大至150m/min时，金刚石涂层交错齿刀具加工后的工件表面粗糙度略微减小，其余两种刀具加工后的工件表面粗糙度继续增大，且增大的速度相差不大。当切削速度vc从150m/min增大至200m/min时，无涂层多齿刀具加工后的工件表面粗糙度略微减小，其余两种刀具加工后的工件表面粗糙度增大，且增大的速度也相差不大。当进给速度vf从100mm/min增大至700mm/min时，图1表面粗糙度随切削参数的变化曲线Fig.1Variationofsurfaceroughnesswithcuttingparameters:a)differentvc,b)differentvf三种刀具加工后的工件表面粗糙度呈现一直增大趋势。而且，100～500mm/min时增加速度较缓，500～700mm/min时增加速度较快。图2为不同切削参数下加工表面形貌的变化。对图2表面形貌与切削参数之间的关系Fig.2Variationofsurfacemorphologywithcuttingparameters:a)differentvc,b)differentvf
生，宜采用较高的切削速度和较低的进给速度。2.2刀具结构对加工表面质量的影响传统刀具加工CFRP材料时存在刀具磨损严重、使用寿命短和加工表面质量差等问题。结构合理的新型刀具有助于减少CFRP铣削加工中的缺陷。从图1可以发现，随着切削速度和进给速度的增大，无涂层多齿刀具加工后的工件表面粗糙度略大于涂层多齿刀具加工的工件，涂层多齿刀具加工后的工件表面粗糙度略大于涂层交错齿刀具加工的工件。因此，涂层交错齿刀具加工后的工件表面较光滑，这是交错齿刀具特殊的左旋刃和右旋刃共同作用的结果[12]。图3为不同结构刀具加工后的工件表面形貌。由图3a可见，金刚石涂层交错齿刀具加工后的工件表面比较光整，缺陷少，尤其是分层缺陷较少[12]。但在图3不同刀具加工后的表面形貌Fig.3Surfacemorphologyafterprocessingwithdiffererntcutter:a)staggeredtoothcutterwithdiamondcoatingb)mul-titoothcutterwithdiamondcoating工件中间位置，即被交错齿刀具左右旋刀齿交汇处加工的位置，出现了较严重的撕裂凹坑缺陷。图3b所示的金刚石涂层多齿铣刀加工后的表面缺陷比较少，但分层缺陷多于交错齿刀具加工的表面，并且分层程度也相对较大。此外，金刚石涂层多齿刀具加工后的工件表面，凹坑缺陷分布较广，但普遍小而浅。无涂层多齿刀具加工后的工件表面缺陷种类与金刚石涂层多齿刀具加工的表面相同，但缺陷数量和程度均多于涂层刀具加工的表面。交错齿刀具加工后的工件表面粗糙度虽然较小，但却会在刀齿交错处出现撕裂凹坑，这种缺陷对材料性能有很大的潜在威胁。因此，在CFRP材料加工时，应选用多齿铣刀和耐磨涂层铣刀，以抑制毛刺、撕裂和分层等缺陷的产生。2.3加工方法对加工表面质量的影响为了解决传统加工方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维/树脂基复合材料高速铣削的刀具磨损机理[J]. 林有希,禹杰,林华. 中国表面工程. 2016(05)
[2]超声振动辅助铣磨加工对CFRP切削力和表面质量的影响[J]. 胡安东,陈燕,傅玉灿,徐九华,刘思齐. 复合材料学报. 2016(04)
[3]高模量碳纤维复合材料钻削力和加工缺陷分析[J]. 刘峰,孙剑飞,陈五一,刘佳. 工具技术. 2015(05)
本文编号：3435589
【文章来源】：表面技术. 2017,46(09)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
表面粗糙度随切削参数的变化曲线
·266·表面技术2017年9月表1切削参数Tab.1Cuttingparameters切削速度vc/(m·min1)进给速度vf/(mm·min1)125100125300125500125700504001004001504002004002试验结果分析2.1切削参数对加工表面质量的影响CFRP侧铣切削参数与表面粗糙度之间的关系如图1所示。当切削速度vc从50m/min增大至100m/min时，三种刀具加工后的工件表面粗糙度均减小；当切削速度vc从100m/min增大至150m/min时，金刚石涂层交错齿刀具加工后的工件表面粗糙度略微减小，其余两种刀具加工后的工件表面粗糙度继续增大，且增大的速度相差不大。当切削速度vc从150m/min增大至200m/min时，无涂层多齿刀具加工后的工件表面粗糙度略微减小，其余两种刀具加工后的工件表面粗糙度增大，且增大的速度也相差不大。当进给速度vf从100mm/min增大至700mm/min时，图1表面粗糙度随切削参数的变化曲线Fig.1Variationofsurfaceroughnesswithcuttingparameters:a)differentvc,b)differentvf三种刀具加工后的工件表面粗糙度呈现一直增大趋势。而且，100～500mm/min时增加速度较缓，500～700mm/min时增加速度较快。图2为不同切削参数下加工表面形貌的变化。对图2表面形貌与切削参数之间的关系Fig.2Variationofsurfacemorphologywithcuttingparameters:a)differentvc,b)differentvf
生，宜采用较高的切削速度和较低的进给速度。2.2刀具结构对加工表面质量的影响传统刀具加工CFRP材料时存在刀具磨损严重、使用寿命短和加工表面质量差等问题。结构合理的新型刀具有助于减少CFRP铣削加工中的缺陷。从图1可以发现，随着切削速度和进给速度的增大，无涂层多齿刀具加工后的工件表面粗糙度略大于涂层多齿刀具加工的工件，涂层多齿刀具加工后的工件表面粗糙度略大于涂层交错齿刀具加工的工件。因此，涂层交错齿刀具加工后的工件表面较光滑，这是交错齿刀具特殊的左旋刃和右旋刃共同作用的结果[12]。图3为不同结构刀具加工后的工件表面形貌。由图3a可见，金刚石涂层交错齿刀具加工后的工件表面比较光整，缺陷少，尤其是分层缺陷较少[12]。但在图3不同刀具加工后的表面形貌Fig.3Surfacemorphologyafterprocessingwithdiffererntcutter:a)staggeredtoothcutterwithdiamondcoatingb)mul-titoothcutterwithdiamondcoating工件中间位置，即被交错齿刀具左右旋刀齿交汇处加工的位置，出现了较严重的撕裂凹坑缺陷。图3b所示的金刚石涂层多齿铣刀加工后的表面缺陷比较少，但分层缺陷多于交错齿刀具加工的表面，并且分层程度也相对较大。此外，金刚石涂层多齿刀具加工后的工件表面，凹坑缺陷分布较广，但普遍小而浅。无涂层多齿刀具加工后的工件表面缺陷种类与金刚石涂层多齿刀具加工的表面相同，但缺陷数量和程度均多于涂层刀具加工的表面。交错齿刀具加工后的工件表面粗糙度虽然较小，但却会在刀齿交错处出现撕裂凹坑，这种缺陷对材料性能有很大的潜在威胁。因此，在CFRP材料加工时，应选用多齿铣刀和耐磨涂层铣刀，以抑制毛刺、撕裂和分层等缺陷的产生。2.3加工方法对加工表面质量的影响为了解决传统加工方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维/树脂基复合材料高速铣削的刀具磨损机理[J]. 林有希,禹杰,林华. 中国表面工程. 2016(05)
[2]超声振动辅助铣磨加工对CFRP切削力和表面质量的影响[J]. 胡安东,陈燕,傅玉灿,徐九华,刘思齐. 复合材料学报. 2016(04)
[3]高模量碳纤维复合材料钻削力和加工缺陷分析[J]. 刘峰,孙剑飞,陈五一,刘佳. 工具技术. 2015(05)
本文编号：3435589
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