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碳纖維復(fù)合材料鉆削過程仿真與實(shí)驗(yàn)研究

  評論:0 條   查看:144 次   gqgmzhang 發(fā)表于 2015-10-12 18:08

 【摘要】：碳纖維復(fù)合材料因具有優(yōu)異的力學(xué)性能，正被廣泛的應(yīng)用于軍事、航空及民用工業(yè)的各個領(lǐng)域。然而，由于碳纖維復(fù)合材料各向異性的特征，使其在加工過程中面臨很大的問題，特別是孔加工，易出現(xiàn)分層、毛刺和撕裂等缺陷；除此之外，材料高硬度和導(dǎo)熱性差的特點(diǎn)導(dǎo)致其加工刀具磨損嚴(yán)重；這些問題的存在嚴(yán)重影響著碳纖維復(fù)合材料高質(zhì)量、高效率加工。 針對現(xiàn)階段碳纖維復(fù)合材料切削加工存在的問題，本文在分析切削機(jī)理的基礎(chǔ)上，且借助有限元方法，采用兩種不同特性的刀具進(jìn)行鉆削實(shí)驗(yàn)，對鉆削過程中的切削力、刀具磨損和加工孔的質(zhì)量進(jìn)行對比分析，主要研究的內(nèi)容包括以下幾個方面： 首先，深入研究了單向碳纖維復(fù)合材料的二元切削機(jī)理，分析其切削過程中切削變形和切屑形成，并探討了切屑的形成與纖維方向角的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上對切削力理論公式進(jìn)行推導(dǎo)；針對傳統(tǒng)鉆削方法的特點(diǎn)，分析了制孔缺陷的主要類型。 然后，利用Deform-3D有限元仿真軟件，建立切削過程的有限元仿真模型，模擬主軸轉(zhuǎn)速為3000rpm和進(jìn)給速度為210mm/min參數(shù)條件下切削力和扭矩的值，得出鉆削過程力的變化規(guī)律。 其次，進(jìn)行了碳纖維復(fù)合材料高速鉆削實(shí)驗(yàn)，建立PCD刀具和金剛石涂層刀具在不同切削參數(shù)下軸向力的回歸模型，得到二元經(jīng)驗(yàn)公式及方差，通過簡化得到一元經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)而分析了軸向力的變化規(guī)律。 最后，分析了PCD刀具和金剛石涂層刀具的磨損機(jī)理，對比兩種鉆頭在相同實(shí)驗(yàn)條件下的磨損情況，同時對比分析了其在不同切削參數(shù)下加工孔的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)證明PCD刀具更適合加工碳纖維復(fù)合材料；通過對出口毛刺缺陷的研究，分析了缺陷產(chǎn)生的主要原因。

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