论文摘要
碳纤维复合材料以其高的比强度、比模量,高的耐热性、耐磨性等突出性能在航空航天领域被用于关键零部件的制造。由于结构的各向异性及非均质性,其加工后表面存在多种缺陷,微观形貌复杂,采用三维测量才能准确地获取其表面信息,三维评定能更好地表征其表面质量。为此,本文以实验研究与理论分析相结合的方式,对碳纤维复合材料工件表面测量合适采样条件的判定及对表面形貌的评定进行了研究。本文利用扫描电镜观察了碳/酚醛工件切削后的表面微观形貌,对三维粗糙度采样时评定面积与采样面积关系、采样长度的选取、采样间距等级系列的确定、采样条件的波长与频率特性等内容进行了分析。由于采样条件的确定对表面微观几何形状误差评定的准确性有重要影响,针对现实中用户依据自身经验选择采样条件的不确定性,提出了一种基于二维功率频谱分析,考虑奈奎斯特采样定理与混叠效应,采用归一近似因子来判定合适采样条件的方法。通过比较合适采样与初始采样及某个不合适采样三者的粗糙度值,证明本文方法适用于碳纤维复合材料表面形貌测量,能够客观并合理地判定合适采样条件。鉴于工件表面的复杂性,进行多区域测量,提出了合理测量碳纤维复合材料工件表面的方案。通过研究不同转速切削后碳/酚醛工件表面的合适采样条件,发现用某个统一的采样间距来测量所有表面,并不合理。还用功率频谱分析了碳/酚醛工件表面的频率成分,进而得到其表面形貌的概况。利用TalyMap软件处理得到的三维粗糙度形貌图观察了表面形貌变化情况,通过对碳/碳工件表面的研究,确定了5个粗糙度参数来评定碳纤维复合材料工件表面,而其它粗糙度参数的适用性及参数与工件性能之间的关系还有待研究。通过对不同进给速度切削后碳/碳工件和不同转速切削后碳/酚醛工件表面进行评定,研究了表面均方根偏差S_q值、表面形貌特征、高度值分布、表面成分的波长、切削机理等的变化规律,还确定了切削工件表面质量较好所对应的加工参数。