高速铣削碳纤维增强树脂基复合材料切削力研究.docx
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1、高速铳削碳纤维增强树脂基复合材料刀具磨损机理研究*摘要:对TiAIN涂层刀具、A1CrN涂层刀具、硬质合金YG6刀具高速铳削碳纤维增强树脂基复合材料时的刀具磨损形态及其磨损机理进行观察和分析.结果表明:金属切削典型的月牙洼磨损并未出现,前刀面均发生了轻微的切屑黏附,硬质合金无涂层刀具切屑黏附异常严重,并发生了崩刃现象。磨损区域皆呈现抛光状的磨损带,且沿切削方向有轻微的沟痕,涂层刀具后刀面涂层剥落现象明显。三种刀具的磨损机理主要为磨粒磨损和粘着磨损。关键词:碳纤维增强树脂基复合材料;高速铳削;磨损形貌;磨损机理中国分类号:TG71文献标识码:Atoo1wearmechanisminhighspe
2、edmi11ingofcarbonfiberreinforcedresinmatrixcomposiesAbstract:ForTiA1Ncoatedtoo1s,A1CrNcoatingcuttingtoo1s,carbideYG6cutterhigh-speedmi11ingofcarbonfiberreinforcedresinmatrixcompositesofcuttingtoo1wearpatternsandwearmechanismswereobservedandana1yzed.Theresu1tsshowthattherewasnotypica1craterwearofmeta
3、1cuttingonrakeface.Therakefaceappeareds1ightchipadhesion,buttheadhesionofuncoatedcementedcarbidetoo1isunusua11ysevere,andappearthephenomenonofco11apseedge.Wearareasareshowingwearandtear1ikepo1ishedbandandtherehass1ightgrooveoncuttingdirection.Thecoatingf1akingisobviousonf1ankfaceofcoatedtoo1.Thewear
4、mechanismofthreedifferenttoo1saremain1yabrasivewearandadhesionwear.Keywords:CarbonFiberFeinforcedPo1ymerComposites;HighSpeedMi11ing;wearmorpho1ogy,too1wearmechanism;碳纤维增强树脂基复合材料以轻质高强、耐高温、抗腐蚀、良好的抗疲劳特性、易于大面积整体成形、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料。从以前主要集中在航空航天及代表科技前沿的军事领域,逐步拓展到工业应用领域,特别是近几年以来,碳纤维的成本逐渐降低,使得碳纤维
5、复合材料在建筑、体育休闲、交通运输等领域的应用大幅增长。然而碳纤维复合材料具有硬度高、导热性差、各向异性、非均匀性、层间强度低等特性,属于典型的难加工材料,其层合结构、各向异性及脆性大等特点,在其加工过程中容易出现分层、撕裂及表面不平整等缺陷,其高硬度和导热性差等特点导致刀具严重磨损,使加工成本升高。一般碳纤维复合材料制品均为一次整体成型,但成型后精度往往达不到要求,或因装配需要,常常需要进行切削加工。由于连接的需要,钻孔加工引起了大量广泛的研究t14随着碳纤维增强复合材料在大型零部件上的应用不断增加,使得该类构件的铳削加工已经不能局限于制孔。零部件在装配前需要进行精确的轮廓及局部型面加工、特
6、殊槽加工5-6O切削力对刀具磨损、加工精度和已加工表面质量有着重要的影响63是决定切削性能国家自然科学基金“高性能树脂基复合材料高速切削过程摩擦学行为研究”(51375094):福建省自然科学基金“高速硬态干切削温度场分布及刀具磨损机理研究”(2013JOIoI)的重要参数之一。鉴于国内对碳纤维复合材料高速铳削切削力的研究工作尚未全面系统地展开。因此,有必要研究刀具材料及铳削参数对高速切削过程中铳削力的影响规律,从而揭示其切削机理,提高切削过程中工件的加工表面质量、工件的加工精度和切削加工效率。本文采用整体式硬质合金及其涂层立铳刀进行了碳纤维更合材料的铳削实验,对铳削过程中切削力进行了分析,为
7、优化碳纤维复合材料铳削工艺参数、进行表面质量的研究,提供相关的实验基础和理论依据。1实验条件和方法1.1实验条件铳削实验在SXDK6050D数控雕铳机床上进行,实验设备和工件装夹示意图如图1所示。工件材料为碳纤维增强树脂基复合材料层压板,其组成成分和力学性能分别见表1,表2。实验采用厦门金鹭生产的直径为8mm两刃(YG6、A1CrN.TiAIN)硬质合金立铳刀,螺旋角均为35;本文中所有试验均采用开槽干切削。图1实殴设备和工件装夹示意图表1CFRP层合板的组成成分增强材料基体材料铺层形式纤维体枳含量%板厚度unT300型碳纤维环氯树脂090605表2碳纤维的主要力学性能纤维牌号抗拉强度/MPa
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