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航空碳纤维复合材料切削研究

徐倩  
【摘要】: 复合化是新材料的重要发展方向,碳纤维属于高级复合材料的一种增强材料,它具有优异的性能。碳纤维复合材料在人造卫星及高性能飞机等航空航天领域中得到了广泛的应用。但是,碳纤维复合材料也是一种难切削加工材料,它的脆性大、硬度高,加工时容易出现分层、撕裂、崩刃、毛刺等问题,如何提高其切削加工性能是目前研究的重点和难点问题。切削力是切削加工中重要的性能参数,其大小将对切削热、刀具耐用度等产生直接影响,从而也将影响工件的表面质量和尺寸精度等。因此研究切削力的变化规律对实际切削加工有重要的指导意义。 本论文对碳纤维复合材料磨削、高速铣削技术进行了研究。采用实验研究方法,研究了各种切削参数对磨削力、铣削力的影响,并对采用SPSS软件对磨削力、铣削力的实验数据进行了多元线性回归分析,建立了具有实用价值的切削速度、进给速度、切削深度等影响的磨削力和铣削力的经验公式。 本论文进行了碳纤维复合材料磨削、高速铣削实验。采用陶瓷金刚石砂轮和树脂金刚石砂轮对碳纤维复合材料进行磨削实验,采用正交试验设计法,选择3因素3水平,共9组实验,所研究的磨削用量分别为磨削深度、砂轮线速度、工件进给速度;采用金刚石立铣刀对其进行高速铣削实验,选择5个不同的主轴转速(对应5个不同的切削速度)和3个不同的每齿进给量进行单因素实验,共15组实验。 实验过程中,使用电阻应变片式测力仪、压电式测力仪测量切削力,采用数据采集仪采集磨削力和铣削力数据,并对实验数据进行直观分析和多元线性回归分析,得出各切削参数对磨削力、铣削力的影响规律及特定切削条件下磨削力、铣削力的经验公式。最后通过相应的统计检验证明得到的经验公式很好的拟合了实验数据,具有良好的显著性,这为碳纤维复合材料的磨削和铣削加工时优选切削参数提供了良好的参考资料。


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