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《大连理工大学》 2010年
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C/E复合材料“以磨代铣”试验研究

王文杰  
【摘要】: 碳纤维/树脂(Carbon/Epoxy,简称:C/E)复合材料是一种先进复合材料,具有比强度大、比模量高、热膨胀系数低及吸振性好等一系列优点,在诸如飞机机翼、大型运载火箭舱段、航天飞行器舱体、导弹发射架等航空航天与国防军工新产品的研制与生产中正在得到越来越广泛的应用。C/E复合材料具有硬度高、脆性大、层间强度低、各向异性及非均质性等特点,是典型的难加工材料。通常C/E复合材料构件成型后,为了满足其功能要求,需要进行相应的二次加工,特别需要进行大量的开盲槽、开窗口加工及打磨发兰端面等。 本论文结合国家自然科学基金项目(50875034)和高技术研究发展计划项目(863计划,2009AA044304),以C/E复合材料作为研究对象,以加工盲槽作为实例,对C/E复合材料构件二次加工进行了探索性的研究,主要研究工作如下: (1)尝试利用硬质合金铣刀对多向C/E复合材料进行铣削加工盲槽试验,分析加工过程中不同加工参数对盲槽表面加工质量的影响,并对加工过程中刀具的磨损表面形貌、磨损机理及其加工性能进行了分析,得到了盲槽铣削加工质量一般、刀具耐用度低的结论。进而利用单向C/E复合材的铣削加工研究了碳纤维方向对表面加工质量的影响,进一步分析多向C/E复合材料铣削加工过程中缺陷产生的机理。 (2)针对铣削加工过程中,盲槽表面加工质量一般、刀具耐用度低的缺点,提出采取“以磨代铣”的工艺方式实现多向C/E复合材料加工。多向C/E复合材料为层叠铺设粘接结构,只有分别对单束碳纤维丝(单层纤维布)和多层碳纤维丝板进行材料的飞切试验研究,才能深入了解加工过程力对材料的破坏机制。针对此点,利用单颗粒刀具分别对单束C/E复合材料和单向多层C/E复合材料进行飞切试验,从而对磨削过程中的材料去除机制、被磨盲槽底面微粗糙度形成机理、材料毛刺产生机理以及材料铺设方向对加工缺陷产生的作用机制进行研究。 (3)以电镀金刚石工具为研究对象,分析磨削单向C/E复合材料过程中不同碳纤维方向下的材料磨削性能,探索不同碳纤维方向的切削机理,从而进一步分析多向C/E复合材料磨削加工的可行性。鉴于多向C/E复合材料具有较高的工业应用价值,以硬质合金铣刀铣削加工为参照,对电镀金刚石工具磨削多向C/E复合材料过程中的盲槽表面质量、磨削力及刀具耐用度等方面进行了研究,推导出电镀金刚石工具磨削力的经验公式,得到了“以磨代铣”工艺方式能够有效提高盲槽表面加工质量的结论。
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