单向铺层CFRP铣磨加工缺陷分析与控制

发布时间：2017-05-20 14:00

  本文关键词：单向铺层CFRP铣磨加工缺陷分析与控制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为复合材料中应用时间较早、应用范围最广的复合材料之一,碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)目前在国防、航空航天领域正逐步推广应用,其具有比强度高、比模量大,抗疲劳、耐腐蚀等优异性能。但由于复合材料具有各向异性、非均匀性等特性,在CFRP结构件的成型加工过程中易出现加工表面质量差、刀具耐用度低等问题,同时还伴随着分层、毛刺、崩边、撕裂和树脂涂覆等加工缺陷。有鉴于此,本文从不同工件倾角CFRP层合板在铣削加工过程中出现的诸多形式缺陷出发,建立不同形式分层模型及在加工过程中的切削力、加工表面形貌和加工缺陷随工艺参数、材料结构等的变化规律。在此基础上引入CFRP层合板铣磨加工工艺,提出不同形式分层缺陷控制方案和加工表面质量评价方式。建立包括毛刺和崩边等加工缺陷的理论模型和计算方法,揭示纤维去除机制和加工缺陷形成、变化规律。研究成果对于抑制CFRP加工缺陷、改善加工工艺具有重要理论意义和实际价值。本文完成的主要工作如下:(1)CFRP加工表层分层缺陷研究。基于CFRP加工出现的诸多分层缺陷,按照其形式进行系统分类,并对不同的分层缺陷建立碳纤维(束)的弯曲/断裂力学模型,解释不同分层缺陷的变化规律及产生机制。(2)变工件倾角CFRP铣削加工缺陷研究。主要面向变工件倾角CFRP层合板在侧铣加工过程中易出现的诸多类型的分层缺陷,研究工件倾角、纤维铺层方向和加工参数对分层缺陷的影响规律,并提出缺陷控制方法。在此基础上建立变工件倾角CFRP铣削加工每齿去除材料模型,并解释上述变量对切削力的影响规律。与此同时分析不同方向纤维加工表面形貌随进给速度的变化规律。(3)变工件倾角CFRP铣磨加工研究。主要对4种不同铺层方式的CFRP层合板在不同工件倾角下进行铣磨加工试验,具体从工艺方面研究了加工参数(包括主轴转速、进给速度和工件倾角)对磨削力、加工表面形貌和表层缺陷形式的影响规律;从材料本身结构方面研究了铺层方式、表层纤维方向分别对磨削力、加工表面形貌的影响规律;在此基础上对比分析了铣削加工与铣磨加工在磨削力、加工表面形貌和表层缺陷形式的各自优缺点,提出了基于不同工艺的粗糙度评价方式;最后引入纤维切削角的概念,从运动学和力学角度解释了不同缺陷形式的产生机制和变化规律,并提出了每齿碳纤维切削长度的理论计算方法。
【关键词】：碳纤维增强树脂基复合材料 铣削加工 铣磨加工 切削力 加工缺陷
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-15
• 第一章 绪论15-26
• 1.1 CFRP材料的发展现状15-18
• 1.1.1 CFRP材料的分类及特点15-16
• 1.1.2 CFRP的应用及发展16-18
• 1.2 CFRP机械加工研究现状18-23
• 1.2.1 CFRP加工表面质量及加工缺陷研究18-20
• 1.2.2 CFRP加工工艺技术研究20-21
• 1.2.3 CFRP加工刀具技术研究21-23
• 1.3 本课题的研究思路23-24
• 1.4 本课题拟开展的主要工作24-26
• 第二章CFRP加工表层分层缺陷研究26-39
• 2.1 试验条件与试验方法26-29
• 2.1.1 试验设备26-27
• 2.1.2 试验刀具及材料27-28
• 2.1.3 试验方案28-29
• 2.2 加工表层分层缺陷形式分类29
• 2.3 加工表层分层缺陷建模分析29-38
• 2.3.1 Ⅰ型分层建模分析29-34
• 2.3.2 Ⅱ型分层建模分析34-36
• 2.3.3 Ⅰ/Ⅱ型分层建模分析36-37
• 2.3.4 Ⅲ型分层建模分析37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 变工件倾角CFRP侧铣加工研究39-58
• 3.1 变工件倾角CFRP侧铣加工铣削力分析39-42
• 3.1.1 不同工件坐标系下铣削力的换算及每齿去除材料计算39-41
• 3.1.2 工件倾角对铣削力的影响41-42
• 3.1.3 铺层方式对铣削力的影响42
• 3.2 变工件倾角CFRP侧铣加工分层缺陷分析42-50
• 3.2.1 表层纤维方向及工件倾角对分层缺陷的影响44-46
• 3.2.2 加工参数对分层缺陷的影响46-50
• 3.3 进给速度对CFRP侧铣加工表面形貌影响分析50-56
• 3.4 本章小结56-58
• 第四章 变工件倾角CFRP铣磨加工研究58-78
• 4.1 试验条件与试验方案58-59
• 4.2 变工件倾角CFRP铣磨加工磨削力分析59-64
• 4.2.1 进给速度对磨削力的影响59-60
• 4.2.2 主轴转速对磨削力的影响60-61
• 4.2.3 工件倾角对磨削力的影响61-63
• 4.2.4 铺层方式对磨削力的影响63-64
• 4.3 变工件倾角CFRP铣磨加工表面形貌及粗糙度分析64-68
• 4.3.1 工件倾角对加工表面形貌的影响64-65
• 4.3.2 加工参数对加工表面形貌的影响65-66
• 4.3.3 纤维方向对加工表面形貌和粗糙度的影响66-68
• 4.4 变工件倾角CFRP铣磨加工表层缺陷分析68-76
• 4.4.1 加工参数对表层缺陷的影响68-69
• 4.4.2 工件倾角对表层缺陷的影响69
• 4.4.3 纤维方向及纤维切削角对表层缺陷的影响69-76
• 4.5 本章小结76-78
• 第五章 总结与展望78-81
• 5.1 总结78-79
• 5.2 展望79-81
• 参考文献81-86
• 致谢86-87
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文87

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