CFRP制孔旋刨刀具的優(yōu)化研究.pdf

1、CFRP具有優(yōu)異的力學(xué)性能，被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。然而，由于材料的各向異性、硬度高、導(dǎo)熱性差等特點(diǎn)，在CFRP鉆孔加工的過程中容易造成CFRP分層、孔出入口的撕裂和毛刺、刀具壽命降低等缺陷。針對(duì)以上問題，本文進(jìn)行了以下四個(gè)方面的研究:
　　首先，對(duì)CFRP的切削機(jī)理與缺陷進(jìn)行研究，對(duì)單層CFRP板和鉆孔后孔壁的微觀形態(tài)進(jìn)行觀察和分析，可以得出:不同的θ角下加工CFRP形成切屑的形式不同;碳纖維斷口和樹脂基體涂附表面兩部分組成了C

2、FRP的孔壁微表面;在0°～360°的范圍內(nèi)，表面的粗糙度呈對(duì)稱分布。根據(jù)CFRP旋刨制孔時(shí)的受力模型得到切削力的理論公式，得出刀具的軸向力Fz的大小受到θ角、刀具的加工參數(shù)和幾何參數(shù)的影響，對(duì)旋刨刀的優(yōu)化設(shè)計(jì)做理論支撐。
　　然后，對(duì)CFRP旋刨刀的可行性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在不同的進(jìn)給速度vf和轉(zhuǎn)速n下對(duì)旋刨刀、麻花鉆、套料鉆進(jìn)行鉆削實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析得到三種刀具的軸向力Fz的大小，并用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到三種刀具Fz的二元

3、二次經(jīng)驗(yàn)公式。分析可以得到:在n一定時(shí)，F(xiàn)z隨著vf的增大而增大，兩者變化趨勢幾乎成線性關(guān)系;在vf一定時(shí)，F(xiàn)z隨著n的增大而減小，且vf越小，這種變化越明顯;三種刀具在n=5000r/min和vf=150mm/min時(shí)，F(xiàn)z旋刨刀＜Fz套料鉆＜Fz麻花鉆，即旋刨刀的軸向力最小，加工質(zhì)量也最好，從而驗(yàn)證了旋刨刀的可行性。
　　其次，對(duì)旋刨刀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于HASHIN準(zhǔn)則，利用ABAQUS模擬CFRP三維鉆削，通過改變刀具的幾

4、何參數(shù)，得到一個(gè)優(yōu)化的值后，然后進(jìn)行鉆削正交試驗(yàn)，通過測量軸向力Fz和CFRP出入口的加工質(zhì)量來判斷比較，從而得出刀具幾何角度最優(yōu)組合為前角γ0=15°后角α0=10°主偏角kr=75°副偏角kr=5°。按照對(duì)Fz的影響程度依次為:主偏角＞前角＞副偏角＞后角。和仿真結(jié)果一致，誤差在可以接受的范圍之內(nèi)。用MATLAB擬合平均撕裂長度Lt關(guān)于Fz的一元一次的曲線和表達(dá)式，表明兩者呈正相關(guān)的關(guān)系。
　　最后，采用超聲C掃描對(duì)CFRP的分