碳纤维复合材料钻削过程仿真与实验研究

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碳纤维复合材料钻削过程仿真与实验研究

  评论:0 条   查看:144 次   gqgmzhang 发表于 2015-10-12 18:08

 【摘要】：碳纤维复合材料因具有优异的力学性能，正被广泛的应用于军事、航空及民用工业的各个领域。然而，由于碳纤维复合材料各向异性的特征，使其在加工过程中面临很大的问题，特别是孔加工，易出现分层、毛刺和撕裂等缺陷；除此之外，材料高硬度和导热性差的特点导致其加工刀具磨损严重；这些问题的存在严重影响着碳纤维复合材料高质量、高效率加工。 针对现阶段碳纤维复合材料切削加工存在的问题，本文在分析切削机理的基础上，且借助有限元方法，采用两种不同特性的刀具进行钻削实验，对钻削过程中的切削力、刀具磨损和加工孔的质量进行对比分析，主要研究的内容包括以下几个方面： 首先，深入研究了单向碳纤维复合材料的二元切削机理，分析其切削过程中切削变形和切屑形成，并探讨了切屑的形成与纤维方向角的关系，在此基础上对切削力理论公式进行推导；针对传统钻削方法的特点，分析了制孔缺陷的主要类型。 然后，利用Deform-3D有限元仿真软件，建立切削过程的有限元仿真模型，模拟主轴转速为3000rpm和进给速度为210mm/min参数条件下切削力和扭矩的值，得出钻削过程力的变化规律。 其次，进行了碳纤维复合材料高速钻削实验，建立PCD刀具和金刚石涂层刀具在不同切削参数下轴向力的回归模型，得到二元经验公式及方差，通过简化得到一元经验公式，进而分析了轴向力的变化规律。 最后，分析了PCD刀具和金刚石涂层刀具的磨损机理，对比两种钻头在相同实验条件下的磨损情况，同时对比分析了其在不同切削参数下加工孔的质量，实验证明PCD刀具更适合加工碳纤维复合材料；通过对出口毛刺缺陷的研究，分析了缺陷产生的主要原因。

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