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微细切削芳纶纤维复合材料表面创成机理研究结题摘要

2022/07/16162 作者:佚名
导读:芳纶纤维复合材料属轻质、高强、高韧的新型复合材料,在各领域都有广泛的用途,但其二次加工易出现缺陷,制约了该材料的进一步应用。本研究旨在揭示该材料的切削断裂机理,研究避免其加工缺陷的工艺方法,研究内容及其成果主要包含:(1)针对该材料进行微细切削全过程的ABAQUS仿真,基于2D编织形态的单胞模型建立了芳纶纤维复合材料的三维模型,研究了其断裂力学特性;(2)通过试验研究了该材料的切屑形态即分为絮状切

芳纶纤维复合材料属轻质、高强、高韧的新型复合材料,在各领域都有广泛的用途,但其二次加工易出现缺陷,制约了该材料的进一步应用。本研究旨在揭示该材料的切削断裂机理,研究避免其加工缺陷的工艺方法,研究内容及其成果主要包含:(1)针对该材料进行微细切削全过程的ABAQUS仿真,基于2D编织形态的单胞模型建立了芳纶纤维复合材料的三维模型,研究了其断裂力学特性;(2)通过试验研究了该材料的切屑形态即分为絮状切屑、块状切屑、盘丝状切屑,絮状切屑是切削状态良好的一种切屑,块状切屑出现在低速切削和切削条件恶化的情况下,盘丝状切屑表明切削刃开始出现磨损;(3)定义了该材料瞬时切削状态比α、纤维方向系数β、切削方向角γ,并研究了切削力随上述参数的变化趋势。试验表明X方向切削力随α单调增减,与β无关;Y方向切削力与纤维方向系数β相关,当β=1时,即切削进给方向与上层纤维一致时出现波谷,β=-1时出现波峰;Z方向切削力与Y方向切削力峰谷异向,即当β=1时出现波峰,β=-1时出现波谷;(4)通过切削力试验得出了切削力的变化规律,即宏观上呈现出周期性、震颤性、单调性,切削力分力Y、Z方向呈现峰谷异向性,研究了切削力对复合材料编织状态的复映规律,发现了切削中的单齿切削现象及其对表面质量的影响;(5)对比了常温和超低温环境下,微细切削芳纶纤维复合材料的表面质量,结果表明,超低温环境可使纤维断裂彻底,避免烧蚀现象,减少刀具磨损,获得较低的表面粗糙度值,Ra最小值可达到1.47μm;发现了芳纶纤维复合材料切削加工后表面特有的白色凝胶现象,初步探索了风冷排屑的工艺方法和基于控形控性技术的刀具优化设计。本研究探索了该材料的结构建模方法和切削工艺现象,揭示了切削断裂机理和切屑形成规律,提出了改进表面质量的工艺方法,推进了芳纶纤维复合材料的二次加工技术,为其进一步应用奠定了试验基础,积累了试验数据和初步的工艺探索。

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