碳纤维复合材料高速开槽铣削试验研究

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1、仿真与优化s

2、MUw

3、oNANDoPTIMIZATl。N碳纤维复合材料高速开槽铣削试验研究宰ExperimentalStudyonHigh—SpeedGroove-MillingofCFRP北京航空制造工程研究所康永峰王文理王晓丽【摘要】针对碳纤维复合材料加工常用的开槽切削进行了高速铣削试验，对切削力进行了检测并在此基础上进行了经验公式回归分析，分析了转速、进给速度、切深对切削力的影响及正反螺旋对切削棱边毛刺的影响。关键词：碳纤维复合材料高速铣削切削力【ABSTRACTJBasedontheexperimentonhigh·speedgroove·mil

4、lingofcarbonfibrereinforcedplastics(CFRP)，theexponentialformulaofmillingforceisobtainedthroughregressionanalysismethod．Theregulationofthemillingforceinfluencedbythespindlespeed，feedrateandcuttingdepthisobtained．Andtheregu-lationofburrsinfluencedbythenegativeandpositivehe-lixdirec

5、tionofcuttingtoolisalsoanalyzed．Keywords：CarbonfibrereinforcedplasticHigh-speedmillingMillingforce碳纤维增强复合材料(CFRP)是以碳或者石墨纤维为增强体的树脂基复合材料，具有比强度高、比刚度大、可设计性强及良好的抗疲劳损伤性能和耐腐蚀性能等优点。复合材料在大型民机机体结构上的大量应用已经是现代大型民机的显著特点之一，在复合材料用量占机体结构重量的百分比方面，从空客A380的22％(另有GLARE材料占3％)到波音787的50％，再到在研的空客A350XWB

6、的52％，这标志着复合材料已成为现代大型民机首要结构材料，结束了以铝合金为主的机体结构选材时代。如图1所示为大型客机上的复合材料的应用情况。文献f1—3】随着碳纤维复合材料在飞机上应用的数量及种类的不断攀升，紧随带来的一次成型后高精度，高效率二次加工也越来越多。而CFRP是由质软而粘性大的基体和强度高、硬度大的纤维混合而成的二相或多相结构，其力学性能呈各向异性，机械加工·国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2009AA044304)资助。82航宅制造技术·2010年第22期条件比较恶劣，同时因其切削加工极易引起毛刺、分层等失效形式，是典型的难加工材

7、料，因此需要深入研究碳纤维复合材料数控加工相关技术。本课题针对碳纤维复合材料构件加工常用的开槽切削进行了高速铣削力的检测与分析，针对切削参数对切削力的影响及正反螺旋对切削毛刺的影响进行了分析。堡丑求1Ⅲ暖倒196519751985199520052015年份闰1主要大型客机上复合材料的应用情况Fig．1Applicationofcompositematerialsinlargecommercialaircraft1试验方案1．1试验条件试验材料采用板状多向铺层方式树脂基碳纤维增强复合材料，根据切削经验选取了五坐标高速铣床作为试验机床，其性能如表1所示。根

8、据碳纤维复合材料切削特性及切削经验，本试表1试验机床参数主要获准惶锋据橱参数磐舔j参数最大功率／kW44土轴最大转速／(r·min。)24_Doo最大扭矩／(N·m)62．7XYZ／(mm·min一110-2“)()0进给速度Bf／(,leg·rain—110～3600的帖∞於∞巧加：2mOz＆：№_!』Ⅲ：塑塑型兰验刀具采用了SECO公司一款直径$为6mm的川晁。泼"具为金目q石涂层硬质台金刀具，奉身具有人字形正反2种螵旋，其结构如图2昕示．／密匾目3《§月*#Rg3EⅧ

9、-lennllns¨me№目4女∞#*口4目Fi94pn

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11、⋯enIsvslem试验中选取测力仪的11向为进给方向．X向为进绗切向。13试验方案根据金属切削原理．在刀尖几何参数确定的情况下切削力与切削参数之问存在着一定的指数关系其通用形式为：式一hF为切削力v为现行铣削速度、√。为铣削探度、A。为切刺宽度，为进给速窿，‘、q，q、^，as为持求系数。单因素切削试验法切削试验量非常大而且精度较低．而正交试验能够太大踱少试验次数从而降低试验成本，析且不会降低试验可信度，本试验吼转速(～l、切削深度(』。)、进给速度l，)为主要影响因素．采Jij3因素3水平正空设汁．凼素水平表如表2所示，切削方式采用碳纤维复台材料加J

12、一常用的开槽切削．如图5所示。通过对采集到的铣削力信号进行多元线性同归+钊对浚"