碳纖維復(fù)合材料與疊層結(jié)構(gòu)切削加工理論及應(yīng)用技術(shù)

第1章緒論1

1.1復(fù)合材料的定義1

1.2碳纖維復(fù)合材料的組成、性質(zhì)及應(yīng)用2

1.3碳纖維復(fù)合材料可加工性及國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展6

1.3.1碳纖維復(fù)合材料的可加工性7

1.3.2碳纖維復(fù)合材料切削力行為8

1.3.3碳纖維復(fù)合材料切削熱行為9

1.3.4碳纖維復(fù)合材料切削表面質(zhì)量10

1.3.5碳纖維復(fù)合材料切削刀具磨損11

1.3.6碳纖維復(fù)合材料切削刀具15

1.3.7復(fù)合材料特種加工方法17

1.4碳纖維復(fù)合材料切削加工的挑戰(zhàn)19

參考文獻(xiàn)20

第2章復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)切削有限元仿真研究24

2.1引言24

2.2復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)的物理特性和基本構(gòu)型25

2.2.1鈦合金層26

2.2.2碳纖維復(fù)合材料層27

2.3復(fù)合材料模型的幾何特征與邊界條件29

2.3.1疊層結(jié)構(gòu)切削仿真基本假設(shè)29

2.3.2基于界面切削和界面損傷形成機(jī)制研究的CFRP/Ti有限元

模型30

2.3.3基于切削順序和切削參數(shù)影響研究的CFRP/Ti有限元模型31

2.3.4運(yùn)動(dòng)方程： Abaqus/Explicit方案32

2.4材料本構(gòu)關(guān)系和漸進(jìn)損傷準(zhǔn)則33

2.4.1鈦合金本構(gòu)模型33

2.4.2碳纖維復(fù)合材料本構(gòu)模型36

2.4.3界面本構(gòu)模型39

2.5疊層結(jié)構(gòu)正交切削模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證42

2.6疊層界面切削機(jī)理研究43

2.6.1碳纖維復(fù)合材料/鈦合金疊層結(jié)構(gòu)正交切削過(guò)程研究43

2.6.2疊層界面切削損傷形成機(jī)理45

2.6.3疊層結(jié)構(gòu)次表層損傷研究50

2.7切削順序?qū)ΟB層結(jié)構(gòu)加工性的影響52

2.7.1切削順序?qū)ΟB層結(jié)構(gòu)切屑形成過(guò)程的影響53

2.7.2切削順序?qū)ΟB層結(jié)構(gòu)已加工表面形貌的影響56

2.7.3切削順序?qū)ΟB層結(jié)構(gòu)次表層損傷的影響57

2.8纖維鋪層方向?qū)ΟB層結(jié)構(gòu)可加工性的影響59

2.8.1纖維鋪層方向?qū)ΟB層結(jié)構(gòu)切屑去除過(guò)程的影響59

2.8.2纖維鋪層方向?qū)ΟB層結(jié)構(gòu)已加工表面質(zhì)量的影響61

2.9本章小結(jié)64

參考文獻(xiàn)64

第3章碳纖維復(fù)合材料切削加工機(jī)理68

3.1引言68

3.2碳纖維預(yù)浸布料單點(diǎn)飛切試驗(yàn)69

3.2.1試驗(yàn)材料和刀具69

3.2.2試驗(yàn)條件70

3.2.3不同纖維方向的切斷力變化規(guī)律71

3.2.4不同纖維方向的切削斷口變化規(guī)律74

3.3基于全纖維切削角的碳纖維復(fù)合材料圓盤切削試驗(yàn)82

3.3.1試驗(yàn)材料和刀具83

3.3.2試驗(yàn)條件與測(cè)試方案84

3.3.3切削加工表面形貌及表面損傷特征評(píng)價(jià)87

3.3.4碳纖維復(fù)合材料細(xì)觀層面材料斷裂與典型切削表面形成機(jī)理91

3.3.5切削力特征及其與加工缺陷之間的內(nèi)在聯(lián)系95

3.3.6碳纖維復(fù)合材料鉆削過(guò)程材料斷裂及缺陷形成機(jī)理101

3.4本章小結(jié)104

參考文獻(xiàn)105

第4章碳纖維復(fù)合材料/合金疊層結(jié)構(gòu)鉆削加工試驗(yàn)研究107

4.1引言107

4.2疊層結(jié)構(gòu)正交切削機(jī)理108

4.2.1疊層結(jié)構(gòu)切屑去除過(guò)程108

4.2.2切削力與切削比能113

4.2.3碳纖維復(fù)合材料/鈦合金疊層結(jié)構(gòu)切屑形態(tài)分析114

4.2.4碳纖維復(fù)合材料已加工表面回彈現(xiàn)象118

4.2.5疊層結(jié)構(gòu)已加工表面質(zhì)量120

4.3疊層結(jié)構(gòu)鉆削過(guò)程及力熱行為123

4.3.1鉆削力變化規(guī)律125

4.3.2鉆削溫度變化規(guī)律128

4.4疊層界面切削及損傷演化機(jī)理131

4.4.1鈦合金切屑形態(tài)及成屑規(guī)律131

4.4.2疊層界面損傷演化機(jī)理133

4.4.3碳纖維復(fù)合材料孔壁損傷演化機(jī)理134

4.5碳纖維復(fù)合材料/鈦合金疊層結(jié)構(gòu)制孔精度分析134

4.5.1鉆削參數(shù)對(duì)制孔精度的影響134

4.5.2疊層順序?qū)拙鹊挠绊?37

4.5.3碳纖維復(fù)合材料層孔出口分層137

4.6基于成屑規(guī)律的鉆削損傷抑制策略140

4.6.1基于切點(diǎn)軌跡時(shí)空有序分布的切屑尺寸主動(dòng)控制140

4.6.2啄鉆力熱行為142

4.6.3碳纖維復(fù)合材料層孔壁損傷與制孔精度分析144

4.7本章小結(jié)147

參考文獻(xiàn)148

第5章碳纖維復(fù)合材料切削加工表面質(zhì)量評(píng)價(jià)149

5.1引言149

5.2碳纖維復(fù)合材料制孔缺陷評(píng)價(jià)方法149

5.2.1各類制孔缺陷評(píng)價(jià)方法150

5.2.2制孔缺陷綜合評(píng)價(jià)方法151

5.3碳纖維復(fù)合材料單向?qū)雍习宓谋砻娲植诙仍u(píng)價(jià)152

5.3.1常用表面粗糙度評(píng)價(jià)方法152

5.3.2碳纖維復(fù)合材料單向?qū)雍习宕植诙容喞卣骷捌湓u(píng)價(jià)方法153

5.4碳纖維復(fù)合材料單向?qū)雍习宓闹瓶兹毕菁捌湫纬蓹C(jī)理155

5.4.1分層156

5.4.2撕裂158

5.4.3毛刺160

5.4.4碳纖維復(fù)合材料單向?qū)雍习逯瓶兹毕菘偨Y(jié)162

5.5碳纖維復(fù)合材料單向?qū)雍习宸謱尤毕莸娜S體積評(píng)價(jià)方法163

5.5.1分層缺陷的檢測(cè)方法163

5.5.2碳纖維復(fù)合材料單向?qū)雍习宸謱尤毕莸腟AM定征試驗(yàn)165

5.5.3三維體積分層因子評(píng)價(jià)方法169

5.6基于聲發(fā)射信號(hào)的碳纖維復(fù)合材料切削缺陷主動(dòng)控制172

5.6.1聲發(fā)射信號(hào)定征試驗(yàn)174

5.6.2基于聲發(fā)射信號(hào)的碳纖維復(fù)合材料切削缺陷預(yù)測(cè)建模181

5.7碳纖維復(fù)合材料承載性能及其對(duì)制孔損傷敏感性分析182

5.7.1碳纖維復(fù)合材料力學(xué)性能測(cè)試183

5.7.2碳纖維復(fù)合材料靜拉伸力學(xué)性能及其對(duì)制孔損傷敏感性分析186

5.7.3碳纖維復(fù)合材料拉伸疲勞性能及其對(duì)制孔損傷敏感性分析189

5.8本章小結(jié)192

參考文獻(xiàn)193

第6章碳纖維復(fù)合材料切削加工工藝及應(yīng)用194

6.1引言194

6.2復(fù)合材料加工刀具194

6.2.1刀具材料194

6.2.2復(fù)合材料加工鉆頭196

6.2.3復(fù)合材料銑刀198

6.3碳纖維復(fù)合材料大孔徑加工工藝優(yōu)化199

6.3.1試驗(yàn)方案規(guī)劃199

6.3.2大孔徑制孔過(guò)程分析和工序優(yōu)化201

6.3.3大孔徑制孔刀具穩(wěn)定性分析207

6.4碳纖維復(fù)合材料異形孔數(shù)控加工工藝216

6.4.1試驗(yàn)方案規(guī)劃217

6.4.2加工效果對(duì)比218

6.5復(fù)合材料/合金疊層結(jié)構(gòu)鉆削工藝驗(yàn)證試驗(yàn)平臺(tái)制備與應(yīng)用220

6.5.1低頻振動(dòng)鉆削工藝原理及裝置220

6.5.2復(fù)合材料/合金疊層結(jié)構(gòu)自動(dòng)鉆削裝備試驗(yàn)平臺(tái)制備222

6.5.3復(fù)合材料/合金疊層結(jié)構(gòu)自動(dòng)鉆削裝備試驗(yàn)平臺(tái)測(cè)試230

6.5.4低頻振動(dòng)鉆削工藝與普通鉆削工藝對(duì)比分析233

6.6本章小結(jié)239

參考文獻(xiàn)240