CFRP材料的超声振动辅助铣削和钻孔实验研究

【摘要】：碳纤维增强复合材料是新时代研究的一个热门先进复合材料,上至航空航天下至体育器材等众多领域都有着很广泛的应用,但是它的高效、高质加工的研究现状并不能满足现在飞速发展的科技给人们带来的需求。所以本文结合某航天企业提出的波音787方向舵上一个零件用复合材料替换的想法,以碳纤维复合材料为研究对象,对其进行切边和钻孔实验,为企业提供复合材料切边和钻孔的加工参数范围。设置切边和钻孔的单因素和正交试验,以切削力和表面粗糙度值为研究目标,利用XKA715A数控铣床,加上超声振动辅助切削单元对碳纤维复合材料进行了钻孔和切边实验。以主轴转速、每齿进给量和超声波功率为因素,设置了三因素三水平的2组正交试验,9组铣削9组钻孔的正交试验;设置了3个参数单独变化的单变量实验,14组铣削14组钻孔的单因素实验。主轴转速、每齿进给量和超声波功率对切削力和表面粗糙度值的影响规律如下:(1)对于切边实验,主轴转速对于X方向铣削力影响最大,每齿进给量对于Y方向铣削力的影响最大。而切边时两个方向下各参数对铣削力和表面粗糙度值影响的趋势都是一样的,力和表面粗糙度值都是随主轴转速的增加而增大,随每齿进给量的增大而增大,超声波功率选择50%时力最小,表面粗糙度值最小。对于钻孔实验,主轴转速的增加使得钻削力和表面粗糙度值减小,每齿进给量增加使得钻削力和表面粗糙度值都增加,超声波功率选择50%到60%时力和粗糙度值均最小。(2)在切边实验中各参数对Y方向的切削力影响关系为:主轴转速每齿进给量超声波频率;对X方向铣削力影响为:每齿进给量主轴转速超声波频率。切边实验各参数对表面粗糙度值的综合影响为:主轴转速每齿进给量超声波频率。钻孔实验中各参数对于碳纤维复合材料钻孔钻削力和孔壁粗糙度值影响关系均为:主轴转速每齿进给量超声波频率。