扭转超声辅助切削CFRP材料微观去除机理研究

摘要：

目的 研究加工过程中碳纤维增强复合材料(CFRP)的破坏形式,提高CFRP的表面质量.方法 对扭转超声辅助切削CFRP的切削行为进行分解,建立扭转超声辅助切削CFRP理论模型,进行扭转超声辅助切削CFRP圆盘实验.实验后对切削力、表面粗糙度、表面凹坑特征等参数进行分析评定,并用超景深显微镜与 SEM 扫描电子显微镜对加工表面质量进行观察.结果 纤维切削力与表面粗糙度呈负相关关系,在粗糙度较大的凹坑区域,其径向力和切向力均相对较低.超声的附加使切削力数值高于该时刻平均水平,同时伴随着更大的能量,使纤维几乎来不及发生弯曲变形就被高能量的切削力瞬间剪断,与传统加工相比,纤维的断裂点和脱粘点之间的距离更小.在传统加工方式下,表面凹坑的平均宽度在 50°附近达到最大值(652 μm),表面凹坑的平均深度最高超过 30 μm,严重影响了装配精度;在超声加工方式下,凹坑的特征宽度和特征深度明显减小且波动幅度较小.结论 树脂-纤维的脱粘深度决定了表面凹坑的深度和宽度,在扭转超声振动加工方式下,纤维弯曲变形较小,可以有效抑制脱粘情况,纤维断裂形式以剪切断裂为主,而且纤维方向性也得到了抑制,有利于提升表面质量.为了避免CFRP加工中的损伤,可以从复合材料结合强度、CFRP铺层布局与加工工艺等方面着手.

关键词：CFRP、超声辅助切削、切削力、粗糙度、纤维角、脱粘

所属期刊栏目：52

分类号：TH145

在线出版日期：2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：319-328