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,碳纖維增強的復(fù)合材料,因具有輕質(zhì)、高比強度、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、強度大、導(dǎo)熱性差等特點,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十分有意義的工作。
　　 針對超聲振動加工在硬脆材料加工方面獨特的優(yōu)越性,本文提出將超聲振動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▌永碚?研制了適合于高速加工中心的專用超聲振動銑削裝置和對工件施加二維超聲振動的平面振動系統(tǒng),使其在不同振動方向可以進行任意組合?？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),并討論了負載、頻率、氣隙大小及有無補償對傳輸性能的影響。
　　 通過對超聲裝置振動特性的試驗,研究了其聲學(xué)特性和系統(tǒng)振動的穩(wěn)定性,結(jié)果表明:對超聲振動銑削裝置,刀具的直徑、長度以及開槽數(shù)均對聲學(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)計的可以使工件產(chǎn)生二維橢圓振動的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)振幅均可達10μm以上,諧振頻率為20.6kHz,可以滿足試驗要求。
　　 基于銑削理論,建立了超聲振動銑削平均切削力理論模型并進行了討論,研究表明:超聲振動的引入可以較大降低銑削力。通過對碳纖維復(fù)合材料銑削力的正交試驗得出:隨主軸轉(zhuǎn)速提高切削力減小;隨軸向徑向切深和進給速度增大,切削力增大。在對相同銑削參數(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,二維振動和三維振動切削。
　　 通過微觀形貌分析:超聲振動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);三維振動加工下的工件表面較平坦,峰不高,谷不深,結(jié)構(gòu)較細致。論文最后對碳纖維復(fù)合材料的已加工表面質(zhì)量進行三維評定