芳纶纤维复合材料切磨复合加工技术研究

摘要

芳纶纤维复合材料作为一种先进复合材料，因其具备优异的强度和刚度性能以及出众的抗冲击性能，在防护装甲和航空航天等军工领域获得强烈关注和广泛应用。在复合材料构件的制造流程中，机械加工是复合材料制备成型后必不可少的重要环节。然而由于复杂的多相结构和独特的非均匀性以及各向异性，致使复合材料成为典型的难加工材料。强韧性的芳纶纤维更进一步加剧了芳纶纤维复合材料的难加工程度。芳纶纤维复合材料的加工技术是影响复合材料构件使用性能和使用寿命的关键因素，并已成为制约其发展与应用的瓶颈所在。
　　本文以芳纶纤维增强树脂基复合材料为研究对象，从芳纶纤维复合材料的加工缺陷成因分析切入，通过缺陷形成的抑制对策研究，提出了切磨复合加工新原理，在此基础上，利用设计研制的切磨复合加工刀具对芳纶纤维复合材料开展了加工工艺试验研究。论文主要研究内容和取得的学术成果如下:
　　(1)根据芳纶纤维复合材料的传统加工缺陷特征，对其加工缺陷成因进行了归纳研究，通过开展刀具与纤维的接触力学理论分析，并进行刀具对纤维切断能力的划切试验验证，揭示了材料加工的纤维断裂机理，得出有效切断芳纶纤维的关键因素为刀具的锋利程度，为探索芳纶纤维复合材料加工缺陷抑制对策提供可靠的理论依据。
　　(2)针对芳纶纤维复合材料的加工缺陷成因，提出了切磨复合加工新原理，并分别对切磨复合加工的切削原理和磨削原理进行了分析和揭示。依据切磨复合加工原理的思路，在后续试验研究中对刀具的结构参数进行了反馈优化。
　　(3)开展加工试验证明了切磨复合加工切边方法可有效消减和抑制加工缺陷，进一步对芳纶纤维复合材料开展了全面的切磨复合加工切边工艺研究，通过完全析因试验详细分析了不同冷却方式和不同切削参数时的切边工艺质量，对切磨复合切边刀具的加工工艺进行了探索和优化。
　　(4)通过对比试验验证了切磨复合加工制孔方法相对传统钻削制孔可极大提高加工表面质量。为有效降低制孔过程中切削热的积累，提出了雾化气体冷却方法在切磨复合加工制孔过程的应用，建立了雾化气体冷却系统。通过对刀具结构参数的分析优化，增强了切磨复合加工制孔过程的排屑效果和冷却效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 芳纶纤维复合材料性能与应用

1．1．1 芳纶纤维复合材料的性能

1．1．2 芳纶纤维复合材料的应用

1．2 芳纶纤维复合材料可加工性研究现状

1．3 芳纶纤维复合材料加工技术研究现状

1．3．1 特殊刃型刀具加工技术

1．3．2 磨料水射流加工技术

1．3．3 激光加工技术

1．4 论文的选题意义与研究内容

1．4．1 论文的选题背景与意义

1．4．2 论文的主要研究内容

2 芳纶纤维复合材料加工机理与加工缺陷成因

2．1 芳纶纤维复合材料传统加工缺陷

2．1．1 毛边缺陷

2．1．2 撕裂和分层缺陷

2．1．3 热损伤缺陷

2．2 芳纶纤维复合材料加工缺陷成因

2．3 刀具与纤维的接触力学分析

2．4 芳纶纤维复合材料划切试验

3 芳纶纤维复合材料切磨复合加工切边工艺

3．1 芳纶纤维复合材料切磨复合加工切边新原理

3．2 芳纶纤维复合材料切边工艺质量评价参数

3．2．1 切边加工切削力与切削温度

3．2．2 切边加工表面质量

3．3 不同刀具对切边工艺质量的影响

3．4 气冷作用对切边工艺质量的影响

3．5 切削参数对切边工艺质量的影响

4 芳纶纤维复合材料切磨复合加工制孔工艺

4．1 芳纶纤维复合材料切磨复合加工制孔新原理

4．1．1 切磨复合切削原理

4．1．2 切磨复合磨削原理

4．2 芳纶纤维复合材料制孔工艺质量评价参数

4．2．1 制孔加工切削力与切削温度

4．2．2 制孔加工表面质量

4．3 不同刀具对制孔工艺质量的影响

4．4 基于雾化气冷作用的切磨复合加工制孔工艺

4．4．1 雾化气冷系统的建立

4．4．2 雾化气冷作用对制孔工艺质量的影响

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢