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单向铺层CFRP铣磨加工缺陷分析与控制-机械制造及其自动化专业论文
承诺书
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南京航空航天大学硕士学位论文
南京航空航天大学硕士学位论文
单向铺层
单向铺层 CFRP 铣磨加工缺陷分析与控制
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摘 要
作为复合材料中应用时间较早、应用范围最广的复合材料之一,碳纤维增强树脂基复合材 料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)目前在国防、航空航天领域正逐步推广应用,其具有 比强度高、比模量大,抗疲劳、耐腐蚀等优异性能。但由于复合材料具有各向异性、非均匀性 等特性,在 CFRP 结构件的成型加工过程中易出现加工表面质量差、刀具耐用度低等问题,同 时还伴随着分层、毛刺、崩边、撕裂和树脂涂覆等加工缺陷。
有鉴于此,本文从不同工件倾角 CFRP 层合板在铣削加工过程中出现的诸多形式缺陷出发, 建立不同形式分层模型及在加工过程中的切削力、加工表面形貌和加工缺陷随工艺参数、材料 结构等的变化规律。在此基础上引入 CFRP 层合板铣磨加工工艺,提出不同形式分层缺陷控制 方案和加工表面质量评价方式。建立包括毛刺和崩边等加工缺陷的理论模型和计算方法,揭示 纤维去除机制和加工缺陷形成、变化规律。研究成果对于抑制 CFRP 加工缺陷、改善加工工艺 具有重要理论意义和实际价值。
本文完成的主要工作如下:
(1)CFRP 加工表层分层缺陷研究。基于 CFRP 加工出现的诸多分层缺陷,按照其形式进 行系统分类,并对不同的分层缺陷建立碳纤维(束)的弯曲/断裂力学模型,解释不同分层缺陷的 变化规律及产生机制。
(2)变工件倾角 CFRP 铣削加工缺陷研究。主要面向变工件倾角 CFRP 层合板在侧铣加工 过程中易出现的诸多类型的分层缺陷,研究工件倾角、纤维铺层方向和加工参数对分层缺陷的 影响规律,并提出缺陷控制方法。在此基础上建立变工件倾角 CFRP 铣削加工每齿去除材料模 型,并解释上述变量对切削力的影响规律。与此同时分析不同方向纤维加工表面形貌随进给速 度的变化规律。
(3)变工件倾角 CFRP 铣磨加工研究。主要对 4 种不同铺层方式的 CFRP 层合板在不同工 件倾角下进行铣磨加工试验,具体从工艺方面研究了加工参数(包括主轴转速、进给速度和工件 倾角)对磨削力、加工表面形貌和表层缺陷形式的影响规律;从材料本身结构方面研究了铺层方 式、表层纤维方向分别对磨削力、加工表面形貌的影响规律;在此基础上对比分析了铣削加工 与铣磨加工在磨削力、加工表面形貌和表层缺陷形式的各自优缺点,提出了基于不同工艺的粗 糙度评价方式;最后引入纤维切削角的概念,从运动学和力学角度解释了不同缺陷形式的产生 机制和变化规律,并提出了每齿碳纤维切削长度的理论计算方法。
关键词:碳纤维增强树脂基复合材料,铣削加工,铣磨加工,切削力,加工缺陷
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ABSTRACT
As one of the earliest and most widely used advanced composites in the field of national defense and aerospace industry, carbon fiber reinforced plasitcs (CFRP) possess many advantages such as high specific strength, specific modulus, high fatigue resistance, high corrosion resistance and so on. However, the anisotropy and heterogeneity of CFRP may result in poor finished surface integrity and rapid tool wear. Also many machining defects such as delamination, burrs, chipping and resin smearing are often unavoidable.
In present investigation, th
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