【摘 要】
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碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）除了具有传统碳纤维复合材料（CFRP）耐腐蚀、比强度高、比刚度高的优点,还具有韧性好、可回收、可焊接等特性,在航空航天、国防军工等领域具有巨大应用潜力。但在加工方面,CFRTP具有异质性、各向异性等特点,与传统金属材料相比加工表面存在很多特有缺陷;且CFRTP硬度高、层间强度低,属于难加工材料,加工后表面质量较差。目前关于CFRTP表面缺陷表征与调控的研究仍处
【基金项目】
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国家重点研发计划“高速干切切削机理与新型机床工具系统设计理论与方法”（2018YFB2002201）; 国家博士后创新人才支持计划“碳纤维增强热塑性复合材料高速干切工艺性能调控机理研究”（BX20190048）
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碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）除了具有传统碳纤维复合材料（CFRP）耐腐蚀、比强度高、比刚度高的优点,还具有韧性好、可回收、可焊接等特性,在航空航天、国防军工等领域具有巨大应用潜力。但在加工方面,CFRTP具有异质性、各向异性等特点,与传统金属材料相比加工表面存在很多特有缺陷;且CFRTP硬度高、层间强度低,属于难加工材料,加工后表面质量较差。目前关于CFRTP表面缺陷表征与调控的研究仍处于起步阶段,相关研究较少。为此,本文采用清洁高效的高速干切工艺铣削CFRTP中的典型复合材料CF/PEEK,开展面向高质量加工表面的铣削工艺调控研究。以期为新兴航空航天复合材料的高质量清洁切削加工提供理论支撑,具有重要意义,主要工作如下:首先,本文基于四因素混合水平正交试验设计进行试验规划,搭建CF/PEEK高速干切实验平台。选取纤维方向为0°和90°的两种连续单向CF/PEEK开展高速干切铣削实验,结合工件检测结果分析加工表面的损伤类型,确定表面损伤程度评价方法。其次,在表面三维参数的基础上增加用于量化面形精度、分形维数、表面复杂程度的表征参数,计算各组试验的表征结果,并基于主成分分析法进行降维,建立简洁有效的CF/PEEK高速干切加工表面质量表征体系,并分析质量表征体系与表面损伤之间的关联性。最后,分析切削热对CF/PEEK加工表面质量的影响作用规律,比较各工艺参数对质量因子的影响程度,分别建立0°和90°纤维方向角下的回归模型,绘制响应曲面图反映切削参数对加工表面质量的影响作用规律,基于回归模型进行工艺参数优化。
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