碳纤维复合材料被越来越多的应用到航空、航天等高精尖领域,而传统加工方式无法高效高质量切割加工该材料,不利于其更为广泛的应用。对于磨料水射流切割金属、玻璃、陶瓷和金属基复合材料的规律,己有着较为广泛的研究,并建立了针对相应材料的切割模型。但是由于碳纤维复合材料的结构以及基体材料的不同,现有磨料射流切割的规律、性能和模型,无法直接应用到碳纤维复合材料的切割过程中。为此,本文依据碳纤维切割复合材料的实验,对切口表面的能量耗散率、基准面获取、表面粗糙度进行了研究,并提出针对于碳纤维复合材料的切割模型。本文的主要工作和研究成果如下:(1)介绍了磨料射流技术的原理、分类,磨料射流切割延性材料在喷嘴横移方向和切除方向的切割模型。分析了磨料射流中颗粒的受力,包括Stocks力、压力梯度力、附加质量力、Saffman升力、Magnus升力和Bassett力;并介绍了碳纤维复合材料的结构特性。(2)介绍了磨料射流切割碳纤维复合材料实验中的射流切割平台、表面测量仪器、实验材料的性能,并设计了碳纤维切割实验和表面测量方案,以及用于处理切割数据的自编程程序。(3)采用B样条插值拟合的方法描述碳纤维切口表面,通过积分获得切口表面的能量耗散率,并分析了切割过程中各个参数对能量耗散率的影响。当其他参数保持不变时,切割速度越大,能量耗散率在切割较小时增长较快,在切深较大时,反而会趋于平缓;而切割速度越小时,则呈现出相反的规律。磨料质量流量对能量耗散率的影响则呈现出与切割速度相似的规律。靶体材料被破坏的临界压力阈值会影响射流的切割效果;若以压力作为自变量,当压力大于靶体材料的被破坏的临界压力阈值时,其规律与切割速度相似;而当压力低于阈值时,射流对材料的切割则需要单个颗粒作用的不断积累,以达到破坏材料的目的;且在整个切割过程中,能量耗散率增长较为平缓。当到达切口末端时,射流的反射、射流与射流之间的作用、以及其他形式的摩擦等,会导致能量的快速消耗。能量耗散率并未呈现出与靶距和切割厚度较为密切的关联。(4)采用傅里叶变换对切口表面进行了幅度谱分析。分析了沿着切割深度方向的幅度谱的分布。探究了切割速度、磨料质量流量、压力、靶距和样品厚度对幅度谱分布的影响。根据相应的临界值,获得了切口表面主要成分区间和次主要成分区间长度随切割参数的变化曲线,以及幅度谱峰值随切割参数的变化曲线。(5)为了获得最适合碳纤维复合材料表面粗糙度计算的滤波方式,本文对比了锐截止低通滤波器、盒式滤波器、高斯滤波器的滤波效果,比较了直接滤波和B样条前置滤波的效果,以及对了不同阶次B样条前置高斯滤波的效果。结果显示:B样条前置高斯滤波的效果最为优异,且阶次对B样条前置高斯滤波的效果并无明显影响。(6)结合切口表面粗糙度的变化规律,以及磨料射流切割延性材料的切割模型,提出针对碳纤维复合材料的“三阶段切割模型”,从切口入口到出口,依次分别为:初始接触区域、光滑且各区域、粗糙切割区域。并分析了各个区域的范围与过程参数之间的关联。通过本文的研究,得到了磨料射流切割碳纤维复合材料表面的能量耗散率随切割参数的变化规律;采用了 B样条前置滤波的新算法来计算表面的粗糙度;分了过程参数对粗糙度的影响,并建立其针对碳纤维复合材料的切割模型。为碳纤维复合材料的加工提供了理论基础和技术支持。