[發(fā)明專利]碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310400095.1
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103471552A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳慧群;梁東鶯
• 申請（專利權(quán)）人: 陳慧群
• 主分類號: G01B21/20
• 分類號: G01B21/20
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44248
• 代理人: 劉顯揚(yáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法。

背景技術(shù)

碳纖維復(fù)合材料（CFRP，Carbon?Fiber?Reinforced?Polymer）是一種力學(xué)性能優(yōu)異的高科技新型材料，它以輕質(zhì)高強(qiáng)度、高比模量、低熱膨脹系數(shù)及出色的耐熱性和耐磨損等優(yōu)點(diǎn)在航空航天、交通運(yùn)輸、運(yùn)動器材、土木建筑及其它工業(yè)特色用材等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。與普通金屬材料的加工機(jī)理，其物質(zhì)特征為各向異性。且CFRP機(jī)械加工表面缺陷較多，這些缺陷并非全由刀刃直接切出，其切削表面會產(chǎn)生許多特殊形貌。

目前碳纖維復(fù)合材料加工表面形貌表征技術(shù)仍采用或借用基于各向同性假設(shè)建立的金屬材料工件表面質(zhì)量的表征標(biāo)準(zhǔn)和評定模型，以至即使采用非常先進(jìn)的表面粗糙度測量儀器，并利用針對金屬材料工件表面特點(diǎn)建立的表面質(zhì)量表征參數(shù)去建立CFRP表面形貌評定模型，所得出的結(jié)論與實(shí)際情況仍有較大的誤差。相對于金屬材料工件切削表面均勻、有規(guī)律而言，CFRP與金屬材料最大的區(qū)別是它具有各向異性的特點(diǎn)，其工件的切削表面微觀形貌幾何特征不同于金屬材料切削表面，普通金屬材料的切削加工理論表面粗糙度可以用公式計算，CFRP的機(jī)械加工表面缺陷很多，包括纖維松弛、纖維斷裂、纖維沿長度方向暴露或脫落、纖維與基體脫粘、分層等，加工表面上既有突出的纖維也有失去纖維而留下的凹槽和孔洞，這些谷峰輪廓并非由刀刃直接切出，故CFRP經(jīng)切削加工后，不宜采用現(xiàn)有普通材料的公式計算其理論表面粗糙度。纖維方向、加工條件是決定CFRP加工表面形貌的主要因素，甚至加工中不同的壓力和剪切力也導(dǎo)致不同的表面形貌，CFRP的機(jī)械加工表面要比普通金屬機(jī)械加工表面復(fù)雜的多。

CFRP工件以其非易裝夾且難保證切削高深寬比、形狀復(fù)雜，決定了其加工具有極小尺度，在極高精度的微納制造族群中具有特殊要求。目前技術(shù)對碳纖維復(fù)合材料基本上使用的還是以二維粗糙度的幅度參數(shù)為主，輔以混合參數(shù)。鑒于CFRP加工表面屬于各向異性類型，二維粗糙度對這類表面的評定精度很低，且二維表面輪廓粗糙度的表征與分析對于表面信息的使用有限,難以對工件表面形貌進(jìn)行全面有效的評價，CFRP工件表面結(jié)構(gòu)的空間分布特性，決定了只有在三維范圍內(nèi)才能精確表征表面粗糙度，這也是反映材料表面特征的本質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種能真實(shí)反映CFRP工件切削表面微觀形貌的3D評定與表征技術(shù)，開發(fā)形成三維表面形貌表征體系。

一種碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法，包括以下步驟，

步驟A，將待表征工件設(shè)為有界區(qū)域上的連續(xù)曲面塊，對表面形貌特征函數(shù)F(x,y)進(jìn)行測量；

步驟B，對有界區(qū)域三維表面的形貌特征函數(shù)F(x,y)進(jìn)行小波成分分解，記F(x,y)=F_i+1，將F_i+1分解為表面形貌函數(shù)G_i及表征基準(zhǔn)面函數(shù)F_i，并將F_i進(jìn)行下一層分解，得F_i+1=G_i+G_i-1+G_i-2+...+G_m+F_m，其中，F(xiàn)_m即為小波分解的表征基準(zhǔn)面。

進(jìn)一步的，所述步驟B滿足以下公式：

h₁(x,y)=F(x,y)-h₂(x,y)

其中，h₁(x,y)是相對于理想表面形狀的尺寸偏差，h₂(x,y)表示評定基準(zhǔn)面。

進(jìn)一步的，所述步驟B滿足以下公式：

F_i+1=F_i+G_i