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碳纤维增韧树脂基复合材料(CFRP)由于“轻质高强”等卓越力学性能被应用于航空航天等先进制造领域。CFRP在机械加工过程中容易发生一系列损伤且切削效率不高。由于复合材料本构特点和高速切削技术复杂,CFRP高速铣削材料去除机理尚不明晰。采用高速切削提高复合材料切削效率与表面质量,探明复合材料高速切削机理是制造业的一个重要课题。全文以CFRP为研究对象,基于材料自身特征、断裂力学与切削机理,采用高速切削实验和有限元仿真手段,研究复合材料高速切削状态下切削力、切削应力、表面粗糙度及表面形貌等特征,阐述纤维切削角、切削参数对切削力和表面质量的影响机制,揭示复合材料在高速切削状态下的材料去除机理。对单向CFRP进行典型方向的高速铣削实验,研究纤维切削角和切削参数对切削力的影响机制。建立纤维切削角、切削参数与切削力的映射关系,并通过正交试验得出各参数对切削力影响权重。复合材料高速切削过程中,纤维切削角和切削参数对切削力有显著影响,高速切削可以降低切削过程的切削力。基于三维Hashin失效准则和材料刚度退化模式,采用Abaqus建立CFRP高速切削渐进损伤切削力有限元模型。通过切削实验验证模型可靠性,研究纤维切削角与切削力、切削应力以及材料失效的作用规律。结果表明模型误差值小于5%,纤维切削角对复合材料切削过程切削力、应力和材料失效具有显著影响。此外,切削过程中材料失效模式主要为剪切失效,且失效主要发生在切削区域。采用三维粗糙度与SEM表征CFRP加工表面质量,研究纤维切削角与主轴转速对复合材料高速铣削加工表面质量的影响,简要分析复合材料切削过程中切屑形成与刀具磨损。高速切削可以有效降低表面粗糙度和改善加工表面质量,纤维切削角是导致表面粗糙度和表面微观特征差异的主要因素。切削刃载荷作用下,碳纤维受不同应力作用发生的失效模式不同。此外,结合纤维力学性能和切削机理,揭示CFRP切削材料去除机理。