【摘 要】
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碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)具有比强度高、比模量大等优异性能,在航空、航天、国防和能源等领域得到广泛应用。但CFRP组织呈层状、非均质、各向
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碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)具有比强度高、比模量大等优异性能,在航空、航天、国防和能源等领域得到广泛应用。但CFRP组织呈层状、非均质、各向异性的特征,切削加工易产生分层、撕裂、毛刺等缺陷,加工表面质量复杂,刀具磨损严重。为提升碳纤维复合材料加工品质,本文设计制造了CFRP铣削用交错PCD立铣刀,开展交错PCD立铣刀铣削力、加工表面质量和刀具磨损试验研究,主要研究内容包括以下几个方面。首先,本文针对CFRP加工缺陷多、刀具磨损快的问题,分析了刀具结构对CFRP铣削加工缺陷影响机制,设计了交错PCD立铣刀,并进行刀具结构有限元分析和焊接、磨制等制造工艺研究。其次,通过交错PCD立铣刀铣削CFRP试验,研究了铣削参数和纤维切削角对铣削力的影响作用,对铣削力进行极差分析,建立了铣削力数学经验预测模型,并对模型进行了试验验证。再次,开展了交错PCD立铣刀铣削CFRP材料表面质量研究,获得铣削参数对表面粗糙度的影响规律;通过单向CFRP材料的切边和开槽铣削试验,分析了四种纤维切削角条件下的加工表面形貌,获得了CFRP纤维切削角对加工表面缺陷的影响规律。最后,分析PCD刀具铣削CFRP材料的刀具磨损形态和机理,研究了交错PCD立铣刀铣削CFRP过程中,刀具磨损对表面粗糙度和毛刺缺陷的影响,围绕刀具磨损和加工表面质量,研究了交错、双压和直齿三种结构PCD立铣刀的切削加工性能。本文不但提供了CFRP铣削用交错PCD立铣刀设计制造方法,而且还分析了交错PCD立铣刀铣削性能,对交错PCD立铣刀的推广及应用具有重要的意义。
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