碳纤维增强环氧树脂基复合材料(简称碳纤维复合材料,CFRP)因其高强度、高模量和低密度等特性而广泛应用于航空航天等工业领域。由于碳纤维复合材料本身的不均匀性和各向异性等特点,在传统的钻削、磨削、铣削、切削等加工方式下易发生基体开裂、纤维拔出、断裂、分层、毛边等破坏形式。此外,碳纤维复合材料的切削过程与传统金属切削有着很大的区别。因此,深入研究碳纤维复合材料的加工机理才能更好地保证加工的质量,进而在实际生产中才能降低缺陷、提高生产效率。本文采用了单向碳纤维环氧树脂基复合材料,进行常温干式的宽刃直角自由切削试验、以及常温干式与低温冷风的磨削对比试验,研究碳纤维复合材料的表面质量随加工参数变化的规律。本文的主要研究内容如下:阐述了单向碳纤维复合材料的破坏模型以及界面应力与裂纹的扩展模型;绘制了碳纤维复合材料在切削和磨削试验中,不同加工方向下的示意图,并建立了简明的切削和磨削机理模型;采用单向碳纤维环氧树脂基复合材料为试验工件,选取三种不同前角的高速钢刨刀在不同的切削深度、切削方向条件下进行直角自由切削试验。测量了切削力和表面粗糙度,对切削后的表面形貌、亚表面损伤进行了显微观察,并采用高速摄像机对切削过程进行在线拍摄以观察切屑的形态,探究碳纤维复合材料的切削加工机理。采用与切削试验同类型的工件,选取不同的磨削深度、磨削方向、工件速度在常温干式和低温冷风条件下进行磨削试验;用扫描电镜及超景深显微镜对磨削表面形貌、亚表面损伤进行观察;对磨削力的大小、磨削力比、表面粗糙度等进行分析。基于上述观察与分析,得出了磨削参数、磨削方式以及磨削方向对材料损伤的影响及损伤机理的变化规律。建立了磨削力数学模型并推导出相关的参数,对该模型进行了可信性检验,结果表明是可信的。