碳纖維復(fù)合材料超聲高速銑削技術(shù)研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料是以碳為基體,碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料,因具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比模量、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良特性使其在尖端領(lǐng)域的需求日趨增多。然而,由于其力學(xué)性能呈各向異性、硬度高、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性差等特點(diǎn),其在加工中出現(xiàn)的問題成為遏制其廣泛應(yīng)用的瓶頸。因此,探求復(fù)合材料的后加工工藝是一項(xiàng)十分有意義的工作。
　　 針對(duì)超聲振動(dòng)加工在硬脆材料加工方面獨(dú)特的優(yōu)越性,本文提出將超聲振動(dòng)與高速銑削加工相復(fù)合,探討一種適應(yīng)碳纖維復(fù)合材料高效高質(zhì)量加

2、工的新方法?；诓▌?dòng)理論,研制了適合于高速加工中心的專用超聲振動(dòng)銑削裝置和對(duì)工件施加二維超聲振動(dòng)的平面振動(dòng)系統(tǒng),使其在不同振動(dòng)方向可以進(jìn)行任意組合?？紤]到高速加工下接觸式電傳輸存在的一系列問題,本文研制了無接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng),并討論了負(fù)載、頻率、氣隙大小及有無補(bǔ)償對(duì)傳輸性能的影響。
　　 通過對(duì)超聲裝置振動(dòng)特性的試驗(yàn),研究了其聲學(xué)特性和系統(tǒng)振動(dòng)的穩(wěn)定性,結(jié)果表明:對(duì)超聲振動(dòng)銑削裝置,刀具的直徑、長度以及開槽數(shù)均對(duì)聲學(xué)系統(tǒng)的諧振

3、頻率有較大影響;利用“李薩茹圖形法”原理設(shè)計(jì)的可以使工件產(chǎn)生二維橢圓振動(dòng)的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)振幅均可達(dá)10μm以上,諧振頻率為20.6kHz,可以滿足試驗(yàn)要求。
　　 基于銑削理論,建立了超聲振動(dòng)銑削平均切削力理論模型并進(jìn)行了討論,研究表明:超聲振動(dòng)的引入可以較大降低銑削力。通過對(duì)碳纖維復(fù)合材料銑削力的正交試驗(yàn)得出:隨主軸轉(zhuǎn)速提高切削力減小;隨軸向徑向切深和進(jìn)給速度增大,切削力增大。在對(duì)相同銑削參數(shù)不同銑削方式下的銑削力比較發(fā)現(xiàn),銑削力從

4、大到小的順序是:普通、一維振動(dòng),二維振動(dòng)和三維振動(dòng)切削。
　　 通過微觀形貌分析:超聲振動(dòng)銑削下纖維主要以剪斷為主,而普通切削下纖維主要呈拔出型和壓入型。普通銑削的表面溝槽的峰谷分布很不均勻,且表面易出現(xiàn)孔洞;一維振動(dòng)加工方式下工件表面呈現(xiàn)較為整齊的正弦波形;二維振動(dòng)下加工表面整體較平整,高度較小的波峰和低谷占了多數(shù);三維振動(dòng)加工下的工件表面較平坦,峰不高,谷不深,結(jié)構(gòu)較細(xì)致。論文最后對(duì)碳纖維復(fù)合材料的已加工表面質(zhì)量進(jìn)行三維評(píng)定