航空用碳纤维层压板复合材料的铣削加工技术研究

摘要

随着当前航空技术的快速发展，人们对材料的轻量化要求越来越高，碳纤维层压板复合材料因其优异的性能越来越广泛地被应用到了航空制造工业中。本文针对航空用碳纤维层压板复合材料的铣削加工技术，查阅了相关文献，了解了国内外关于碳纤维层压板复合材料加工技术的研究状况，通过开展碳纤维层压板复合材料的铣削加工试验，对加工工艺参数以及加工刀具姿态进行了研究，完成的工作及相关结论如下:
　　(1)通过查阅文献资料并结合力学性能试验，对航空用碳纤维层压板复合材料的特点、结构以及切削性能进行分析，针对该材料的切削，对适合其加工的刀具类型进行了加工适应性分析。
　　(2)搭建了碳纤维层压板复合材料的铣削加工试验平台，选取相关试验加工设备，开展了铣削加工试验。针对碳纤维层压板材料加工表面质量难以评定的情况，本文选取了缺陷占比以及最大毛刺长度作为量化评定因素，利用万能工具显微镜采集了切削试验中57组试件的表面毛刺情况。通过测力设备采集了57组试验的切削力试验数据。
　　(3)按照统计学的方法对试验所得铣削力数据进行了回归分析和极差分析，通过对数据结果的分析研究，找到了每一种切削参数对铣削力的影响情况。
　　(4)获取了工艺参数试验所采集到的切削力和表面毛刺情况数据，对其归一化处理后，利用Matlab程序对碳纤维层压板复合材料的铣削工艺参数进行了优化，并通过实际生产验证了优化效果。
　　(5)设计了刀具呈倾斜姿态的加工试验，对碳纤维层压板复合材料的铣削方法进行了优化。进行了刀具前倾和侧倾两类试验，就复合材料加工中最关注的表面毛刺情况，对试验结果进行了量化数据对比，发现在碳纤维层压板复合材料的铣削加工中，刀具前倾铣削对加工质量有负面影响。而刀具呈侧倾姿态进行铣削则有利于抑制毛刺的产生，并提出了相关理论依据，找到了在试验工况下最优的刀具侧倾角度值是20°。
　　通过以上工作，本文对碳纤维层压板铣削的工艺参数进行了优化，并通过试验证明了刀具呈倾斜姿态进行铣削对其切削质量有较大的影响。其中，刀具呈前倾姿态铣削对加工质量有负面影响，刀具呈侧倾姿态铣削则有利于抑制加工过程中毛刺的产生。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 碳纤维复合材料铣削加工技术的研究现状

1．2．1 切削纤维方向方面

1．2．2 切削力方面

1．2．3 加工的表面质量方面

1．3 论文的课题来源及研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 研究内容

1．4 本章小结

第2章 碳纤维层压板的材料性能及铣削刀具分析

2．1 碳纤维层压板复合材料特性

2．1．1 材料特点

2．1．2 材料性能

2．1．3 材料性能试验

2．1．4 材料的切削性能

2．2 碳纤维层压板的铣削加工刀具分析

2．2．1 对刀具的要求

2．2．2 碳纤维层压板的铣削加工刀具

2．3 本章小结

第3章 碳纤维层压板的切削性能试验

3．1 切削试验方案

3．1．1 试验设计

3．1．2 试验方案

3．2 切削测试平台搭建

3．2．1 测试设备

3．2．2 测试刀具

3．2．3 测试样件

3．3 试验结果

3．3．1 工艺参数试验

3．3．2 刀具45°前倾角铣削试验

3．3．3 刀具90°前倾角铣削试验

3．3．4 刀具侧倾铣削试验

3．3．5 试验结果比对分析

3．4 本章小结

第4章 碳纤维层压板的切削性能分析

4．1 切削性能分析方法

4．1．1 极差分析

4．1．2 回归分析

4．2 切削性能分析结果

4．2．1 工艺参数试验切削性能分析

4．2．2 刀具45°前倾角切削性能分析

4．2．3 刀具90°前倾角切削性能分析

4．2．4 刀具侧倾铣削性能分析

4．3 本章小结

第5章 碳纤维层压板的铣削工艺优化及验证

5．1 工艺参数优化

5．1．1 优化目标

5．1．2 优化方法

5．1．3 优化结果

5．2 切削方法优化

5．2．1 碳纤维层压板复合材料的侧倾铣削加工分析

5．2．2 碳纤维层压板复合材料的侧倾铣削加工优化结果

5．3 优化结果的试验验证

5．3．1 验证试验方案

5．3．2 验证试验结果

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果及发表的论文

附表