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高速钻削碳纤维复合材料分层缺陷试验研究

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:34      更新时间:2017-11-15

高速钻削碳纤维复合材料分层缺陷试验研究

蔡建国1,林正英2,刘景峰1
(1.福州大学机电工程实践中心,福建 福州〓350116)
(2.福州大学机械工程及自动化学院,福建 福州〓350116)



    碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced composite,CFRP)广泛应用于航空航天、国防和交通运输等领域[1],钻削是其最主要的二次加工方式。CFRP具有各向异性、非均质和叠层结构,在钻削加工中容易产生孔出入口撕裂,孔壁内部材料出现分层、毛刺和微裂纹等缺陷,其中较严重的缺陷为孔出入口撕裂和孔壁内材料分层(以下简称分层)。其实,出入口的撕裂也是分层,是分层缺陷外在的直观表现[2]。在过去的30多年,国内外学者对分层开展了广泛的研究,GAITONDE和KARNIK等 [3-4]利用全因素实验方法进行高速钻削CFRP实验,运用响应面分析方法研究切削速度、进给速度和刀尖角对分层的影响,结果表明,分层严重程度随切削速度的增加而降低,采用低进给速度和小钻头刀尖角的配合也可降低分层缺陷;KRISHNARAJ等[5]采用全因素实验方法进行高速钻削CFRP实验,研究主轴转速和进给量对钻孔质量的影响,并利用遗传算法得到无制孔缺陷的最优切削条件;PALANIKUMAR等[6]通过田口方法和方差分析建立钻削GFRP经验模型,并预测分层的大小。由此可知,导致高速钻削CFRP产生分层的因素众多,本文将通过实验重点分析切削参数和钻头几何结构等对分层的影响。

1〓实验
1.1〓材料和试验方法
〓〓实验材料为[90°/0°-(0°-90°)7-0°]s铺层的CFRP层合板,其基体为AG-80型环氧树脂,增强体为T300型碳纤维,纤维的体积分数为60%。由于实验的需要,事先将500mm×400mm×5mm的实验材料切成尺寸为15mm×15mm×5mm的小方片,如图1所示。实验刀具为整体硬质合金麻花钻,其牌号为YG6。

图1〓实验材料
   试验在SXDK6050D数控雕铣机床上进行,单因素试验主轴转速为8 500r/min、12 000r/min、15 000r/min,进给量为0.05mm/r、0.10mm/r、0.20mm/r,刀尖角为80°、118°、140°,钻头直径为6mm、8mm、10mm。整个试验过程均采用干式钻削。

1.2〓田口方法
田口方法(Taguchi method)是一种工程化稳健设计方法,其两个主要工具是正交表和信噪比(signal-to-noise,S/N),用正交表安排试验方案以减少试验次数,用信噪比(S/N)进行品质测度。选择最佳的参数组合。信噪比表示信号受杂音干扰的程度,在信噪比分析中,信噪比特性可分为望……


作者简介:蔡建国(1988—),男,福建仙游人,福州大学助理工程师,硕士,主要研究方向为高速切削加工。





(文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

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