航空碳纤维复合材料切削研究

论文摘要

复合化是新材料的重要发展方向,碳纤维属于高级复合材料的一种增强材料,它具有优异的性能。碳纤维复合材料在人造卫星及高性能飞机等航空航天领域中得到了广泛的应用。但是,碳纤维复合材料也是一种难切削加工材料,它的脆性大、硬度高,加工时容易出现分层、撕裂、崩刃、毛刺等问题,如何提高其切削加工性能是目前研究的重点和难点问题。切削力是切削加工中重要的性能参数,其大小将对切削热、刀具耐用度等产生直接影响,从而也将影响工件的表面质量和尺寸精度等。因此研究切削力的变化规律对实际切削加工有重要的指导意义。本论文对碳纤维复合材料磨削、高速铣削技术进行了研究。采用实验研究方法,研究了各种切削参数对磨削力、铣削力的影响,并对采用SPSS软件对磨削力、铣削力的实验数据进行了多元线性回归分析,建立了具有实用价值的切削速度、进给速度、切削深度等影响的磨削力和铣削力的经验公式。本论文进行了碳纤维复合材料磨削、高速铣削实验。采用陶瓷金刚石砂轮和树脂金刚石砂轮对碳纤维复合材料进行磨削实验,采用正交试验设计法,选择3因素3水平,共9组实验,所研究的磨削用量分别为磨削深度、砂轮线速度、工件进给速度；采用金刚石立铣刀对其进行高速铣削实验,选择5个不同的主轴转速(对应5个不同的切削速度)和3个不同的每齿进给量进行单因素实验,共15组实验。实验过程中,使用电阻应变片式测力仪、压电式测力仪测量切削力,采用数据采集仪采集磨削力和铣削力数据,并对实验数据进行直观分析和多元线性回归分析,得出各切削参数对磨削力、铣削力的影响规律及特定切削条件下磨削力、铣削力的经验公式。最后通过相应的统计检验证明得到的经验公式很好的拟合了实验数据,具有良好的显著性,这为碳纤维复合材料的磨削和铣削加工时优选切削参数提供了良好的参考资料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 选题背景及意义
• 1.2 复合材料简介
• 1.2.1 复合材料分类及性能
• 1.2.2 复合材料机械加工方法
• 1.2.3 碳纤维复合材料机械加工特点
• 1.3 复合材料切削研究现状
• 1.4 本论文主要研究内容、方案和创新点
• 1.4.1 本论文主要研究内容
• 1.4.2 本论文研究方案
• 1.4.3 本论文创新点
• 1.5 本章小结
• 第二章 测力仪及其标定
• 2.1 测力仪简介
• 2.1.1 测力仪分类
• 2.1.2 电阻应变片式测力系统工作原理
• 2.1.3 压电式测力系统工作原理
• 2.2 测力仪的标定
• 2.3 本章小结
• 第三章 切削力经验公式的推导
• 3.1 切削力公式的形式
• 3.2 最小二乘估计法
• 3.3 多元线性回归分析
• 3.4 多元线性回归模型的统计检验
• 3.4.1 拟合优度检验
• 3.4.2 方程的显著性检验（F检验）
• 3.4.3 自变量的显著性检验（t检验）
• 3.5 本章小结
• 第四章 碳纤维复合材料磨削研究
• 4.1 磨削加工定义及分类
• 4.2 磨削加工特点及发展趋势
• 4.2.1 磨削加工特点
• 4.2.2 磨削技术发展趋势
• 4.3 磨削原理分析
• 4.3.1 磨削过程的三个阶段
• 4.3.2 磨削加工要素
• 4.4 磨削加工实验方案
• 4.4.1 磨削实验材料
• 4.4.2 磨床及磨削方式选择
• 4.4.3 磨削砂轮选择
• 4.4.3 磨削实验设计
• 4.4.4 磨削测力系统及其原理
• 4.5 实验结果及其分析
• 4.5.1 磨削实验方案及磨削力结果
• 4.5.2 多因素正交试验直观分析
• 4.5.3 磨削力经验公式的建立及显著性检验
• 4.6 本章小结
• 第五章 碳纤维复合材料高速铣削实验研究
• 5.1 铣削实验方案
• 5.1.1 实验设备、刀具
• 5.1.2 实验参数
• 5.2 实验结果及直观分析
• 5.2.1 实验方案及铣削力实验结果
• 5.2.2 主轴转速对平均最大铣削力的影响
• 5.2.3 每齿进给量对平均最大铣削力的影响
• 5.3 铣削力经验公式的建立及显著性检验
• 5.3.1 X向铣削力经验公式建立及检验
• 5.3.2 Y向铣削力经验公式建立及检验
• 5.4 本章小结
• 第六章 高温合金GH536铣削实验研究
• 6.1 实验装置及实验方案
• 6.1.1 实验装置
• 6.1.2 实验方案
• 6.2 实验结果及直观分析
• 6.2.1 铣削力实验结果及极差分析
• 6.2.2 铣削力随各切削参数的变化规律
• 6.3 铣削力经验公式的建立及显著性检验
• 6.4 本章小结
• 结论和展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文
• 致谢