航空碳纤维复合材料高速铣削材料去除机理研究

发布时间：2023-02-26 21:04

　　碳纤维增韧树脂基复合材料(CFRP)由于“轻质高强”等卓越力学性能被应用于航空航天等先进制造领域。CFRP在机械加工过程中容易发生一系列损伤且切削效率不高。由于复合材料本构特点和高速切削技术复杂,CFRP高速铣削材料去除机理尚不明晰。采用高速切削提高复合材料切削效率与表面质量,探明复合材料高速切削机理是制造业的一个重要课题。全文以CFRP为研究对象,基于材料自身特征、断裂力学与切削机理,采用高速切削实验和有限元仿真手段,研究复合材料高速切削状态下切削力、切削应力、表面粗糙度及表面形貌等特征,阐述纤维切削角、切削参数对切削力和表面质量的影响机制,揭示复合材料在高速切削状态下的材料去除机理。对单向CFRP进行典型方向的高速铣削实验,研究纤维切削角和切削参数对切削力的影响机制。建立纤维切削角、切削参数与切削力的映射关系,并通过正交试验得出各参数对切削力影响权重。复合材料高速切削过程中,纤维切削角和切削参数对切削力有显著影响,高速切削可以降低切削过程的切削力。基于三维Hashin失效准则和材料刚度退化模式,采用Abaqus建立CFRP高速切削渐进损伤切削力有限元模型。通过切削实验验证模型可靠性...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 碳纤维增韧树脂基复合材料概述
        1.2.1 CFRP复合材料简介与应用
        1.2.2 CFRP铣削加工过程中存在的缺陷
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 CFRP铣削材料去除机理研究现状
        1.3.2 难加工材料高速切削研究现状
    1.4 研究目标与内容
        1.4.1 研究目标
        1.4.2 主要研究内容及技术路线
第二章 CFRP高速铣削切削力实验
    2.1 材料制备
    2.2 CFRP高速铣削切削力实验
        2.2.1 高速铣削实验平台
        2.2.2 高速铣削实验方案
    2.3 单因素实验结果分析
        2.3.1 主轴转速对切削力的影响
        2.3.2 切削深度对切削力的影响
        2.3.3 每齿进给量对切削力的影响
    2.4 切削力影响因素研究
        2.4.1 切削力正交试验设计
        2.4.2 切削力正交试验结果分析
    2.5 本章小结
第三章 CFRP高速铣削渐进损伤切削力模型
    3.1 有限元仿真目的与意义
        3.1.1 有限元仿真的意义与应用
        3.1.2 复合材料切削有限元仿真研究
    3.2 CFRP高速切削有限元模型建立
        3.2.1 模型设置
        3.2.2 复合材料失效准则
        3.2.3 VUMAT子程序应用
    3.3 模型验证实验设计
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 纤维切削角对切削力的影响
        3.4.2 纤维切削角对切削应力的影响
        3.4.3 纤维切削角对材料失效的影响
    3.5 本章小结
第四章 CFRP高速铣削表面质量及材料去除机理
    4.1 表面质量高速切削实验设计
        4.1.1 切削实验平台
        4.1.2 表面质量切削实验方案
    4.2 高速切削表面质量表征
        4.2.1 三维粗糙度表征理论
        4.2.2 复合材料切削实验表征方案
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 主轴转速和纤维切削角对粗糙度的影响
        4.3.2 纤维切削角对加工表面轮廓的影响
        4.3.3 纤维切削角对加工表面形貌的影响
        4.3.4 切削速度对加工表面形貌的影响
        4.3.5 切屑形成与刀具磨损
    4.4 复合材料切削材料去除机理
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 论文总结
    5.2 后期工作展望
致谢
参考文献
作者简介



本文编号：3750889