【摘 要】
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玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)以其比强度高、比刚度高、耐高温、抗蠕变、抗腐蚀性能好以及相对便宜的价格在航空航天、汽车、建筑和军事工业等领域得到了广泛的应用。然而,因为GFRP具有不均匀性、各向异性和导热性能差等特点,导致其加工过程中极易发生切削刀具磨损,和出现表面光洁度差、表面粗糙、分层撕裂等缺陷,使得GFRP比一般金属材料更难以加工。为此,本文利用硬质合金立铣刀进行GFRP铣削实验,采用
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玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)以其比强度高、比刚度高、耐高温、抗蠕变、抗腐蚀性能好以及相对便宜的价格在航空航天、汽车、建筑和军事工业等领域得到了广泛的应用。然而,因为GFRP具有不均匀性、各向异性和导热性能差等特点,导致其加工过程中极易发生切削刀具磨损,和出现表面光洁度差、表面粗糙、分层撕裂等缺陷,使得GFRP比一般金属材料更难以加工。为此,本文利用硬质合金立铣刀进行GFRP铣削实验,采用理论分析与实验研究相结合的方法,对GFRP切削加工性能和表面质量的影响因素进行研究,主要研究内容如下:(1)研究了主轴转速、铣削深度及进给速度对GFRP表面粗糙度的影响。实验结果表明,进给速度对表面粗糙度的影响极其显著,主轴转速次之,铣削深度影响程度最低。基于正交试验建立回归模型并做显著性检验,将实验值与预测值对比发现误差较小,表明模型的拟合程度良好。利用扫描电镜观测表面形貌,发现加工表面发生了基体脱粘、纤维断裂和拔出等现象,形成了树脂涂覆和树脂耕犁等表面形貌。横向纤维发生弯曲断裂和压缩断裂,断口形貌极端不规则,表面质量极差;纵向纤维发生剪切断裂表面质量好,光洁度好平整度高。(2)研究了铣削参数对GFRP三向铣削力及铣削稳定性的影响。通过铣削力测量实验和相应数据分析得知,铣削力随主轴转速的增大持续减小,随进给速度和铣削深度的增大而显著增大。其中进给速度对铣削力影响最为显著,铣削深度次之,主轴转速一般显著。通过Y向铣削力频谱分析可知,刀齿通过频率处幅值总体上随主轴转速的增大先减小后略有增大,随进给速度、铣削深度的增大而增大,铣削深度对铣削稳定性的影响最为显著。(3)分析了GFRP铣削表面缺陷的类型及形成机理,以及铣削参数对分层因子的影响规律。表面缺陷主要有分层、毛刺和撕裂等。铣削参数对轴向力和分层因子的影响规律基本一致,随进给速度和铣削深度的增大而增大,随主轴转速的增大而减小。铣削深度对轴向力和分层因子的影响最为显著。基于田口正交实验建立回归模型,实验结果表明模型拟合程度良好,精确度高,可有效预测分层因子的大小。
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