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)

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    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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