玻璃纤维增强复合材料钻削加工试验研究

论文摘要

玻璃纤维增强复合材料具有质量轻、比强度和比刚度大、耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳、热膨胀系数低等优点,广泛应用于航空、航天、体育、特种车辆等领域。但由于其各向异性、导热性差、层间强度低等特点,钻孔加工时易产生抽丝、分层、撕裂等缺陷,制约了复合材料的推广应用。本文对玻璃纤维增强复合材料钻削技术进行了研究,为其在特种车辆上的应用提供技术支持。分析了复合材料切削过程中的切削力、切削热和切屑的形成过程,结果表明切屑的形成与纤维方向角有关。并对分层机理进行了理论研究,介绍了分层检测的方法和评价指标,提出了分层等缺陷的抑制方法。通过玻璃纤维增强复合材料的钻削试验,探讨了垫板、横刃、涂层等参数对轴向力和分层的影响,并建立了进给速度、主轴转速、钻头直径等因素的轴向力经验公式。选用S刃钻尖TN涂层麻花钻对玻璃纤维增强复合材料进行孔加工试验；并运用扫描电子显微镜对孔壁表面进行微观观察,分析玻璃纤维破坏机理和切削表面微观结构特征。试验结果表明,S刃钻尖与普通钻尖麻花钻相比,可以有效减小钻削轴向力,减小分层缺陷的发生。最后还对玻璃纤维增强复合材料高质量孔加工技术进行了试验研究,试验结果表明PCD麻花钻钻孔质量和刀具寿命都优于普通钻尖和S刃钻尖麻花钻,真正实现了高效、高质加工。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 纤维增强复合材料应用与发展
• 1.3 国内外纤维增强复合材料加工技术研究综述
• 1.3.1 纤维增强复合材料加工技术的研究现状
• 1.3.2 纤维增强复合材料加工存在的问题
• 1.4 论文主要研究内容
• 1.4.1 课题来源和加工材料
• 1.4.2 论文主要工作
• 2 玻璃纤维增强复合材料概述
• 2.1 玻璃纤维
• 2.1.1 玻璃纤维分类及成分
• 2.1.2 玻璃纤维的物理及化学性能
• 2.2 树脂
• 2.2.1 热固性树脂
• 2.2.2 热塑性树脂
• 2.3 玻璃纤维增强复合材料
• 2.3.1 玻璃纤维增强复合材料基本构造形式
• 2.3.2 玻璃纤维增强复合材料成型工艺
• 2.3.3 玻璃纤维增强复合材料性能
• 2.4 本章小结
• 3 玻璃纤维增强复合材料的切削加工
• 3.1 玻璃纤维增强复合材料切削机理
• 3.1.1 基本假设
• 3.1.2 切屑与纤维方向角
• 3.2 切削过程分析
• 3.2.1 切削力
• 3.2.2 切削热
• 3.3 分层和分层检测技术
• 3.3.1 分层机理
• 3.3.2 分层检测技术
• 3.3.3 分层等缺陷的抑制
• 3.4 本章小结
• 4 轴向力和分层试验研究
• 4.1 试验材料和刀具
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 刀具
• 4.2 轴向力和轴向力测定系统
• 4.2.1 轴向力
• 4.2.2 轴向力测定系统
• 4.3 试验结果与分析
• 4.3.1 垫板与轴向力、分层
• 4.3.2 钻头横刃与轴向力、分层
• 4.3.3 钻头涂层与轴向力
• f与轴向力'>4.3.4 主轴转速n、进给速度v_f与轴向力
• 4.3.5 钻头直径d、进给量f与轴向力
• 4.3.6 钻型与轴向力
• 4.4 本章小结
• 5 S刃钻尖麻花钻钻削GFRP试验研究
• 5.1 试验条件和试验方法
• 5.1.1 试验条件
• 5.1.2 试验方法
• 5.2 轴向力试验结果分析
• 5.2.1 S刃钻尖与普通钻尖的影响
• f的影响'>5.2.2 主轴转速n与进给速度v_f的影响
• 5.3 分层结果分析
• f的影响'>5.3.1 主轴转速n与进给速度v_f的影响
• s与分层因子F_d'>5.3.2 轴向力F_s与分层因子F_d
• 5.4 纤维断口形貌和切削表面微观结构
• 5.5 本章小结
• 6 PCD钻头钻削GFRP试验研究
• 6.1 试验条件和试验方法
• 6.1.1 试验条件
• 6.1.2 试验方法
• 6.2 轴向力试验结果与分析
• f的影响'>6.2.1 主轴转速n与进给速度v_f的影响
• 6.2.2 PCD与S刃钻尖
• 6.3 分层结果与分析
• f的影响'>6.3.1 主轴转速n与进给速度v_f的影响
• 6.3.2 临界轴向力与分层
• 6.4 纤维断口形貌和切削表面微观结构
• 6.5 PCD麻花钻的失效和刃磨
• 6.5.1 PCD麻花钻的失效
• 6.5.2 PCD麻花钻的刃磨
• 6.6 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 进一步研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录