[發明專利]全范圍纖維方向角的CFRP切削加工表面質量的評價方法

有效

• 申請號: 201610111281.7
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105738240B
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 陳明;王昌贏;劉公雨;明偉偉;安慶龍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N3/58
• 分類號: G01N3/58
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種全范圍纖維方向角的CFRP切削加工表面質量的評價方法，通過環形銑削碳纖維增強復合材料的圓盤工件，獲得全范圍纖維方向角下的碳纖維增強復合材料切削加工表面，并對碳纖維增強復合材料不同纖維方向角下的切削加工表面進行表面質量評價；銑削加工時刀具路徑為以圓盤工件中心為圓心的圓形軌跡，獲得切削加工表面后測量其表面粗糙度，通過拍攝光學顯微鏡照片拼接形成0～180°全范圍內纖維方向角的切削加工表面圖像，并且測量不同纖維方向角下的切削加工表面毛刺高度，最后獲得全范圍纖維方向角的表面毛刺高度因子并據以評價所述碳纖維增強復合材料的切削加工表面的質量。本發明只需通過一次銑削加工試驗，即可獲得0～180°全范圍纖維方向角的CFRP切削加工表面并進行質量評價。

技術領域

本發明涉及碳纖維增強復合材料切削加工質量的評價方法，具體涉及一種基于環形銑削試驗的全范圍纖維方向角的CFRP切削加工表面質量的評價方法，屬于機械加工技術領域。

背景技術

碳纖維增強復合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，簡稱CFRP)以其輕質、高比強度、高比剛度、耐腐蝕、低熱膨脹系數等優點在航空航天領域得到了廣泛應用。CFRP的物理和力學性質都具有很強的各向異性特征，這使得CFRP成為一種典型的高難度加工材料。不同于各向同性的金屬材料，在CFRP的切削加工中極易出現分層、毛刺、樹脂燒傷、纖維抽出、表面凹坑等加工缺陷，加工質量難以保證。如圖1所示，以轉速為n旋轉的刀具對CFRP進行切削加工，切削速度為vc，切深為ae，進給速度為vf，碳纖維增強復合材料的纖維方向是影響CFRP切削加工性能和加工質量最重要的因素，纖維切削角θ是指刀具切削刃的切削速度vc方向與纖維方向之間的夾角，纖維方向角β是指刀具進給速度vf方向與纖維方向之間的夾角。

在CFRP的切削加工中，目前針對CFRP加工表面質量的評價主要通過正交切削、直線銑削來獲得某單一纖維方向角β下CFRP的切削加工表面，然后對該加工表面的質量進行評價；而要想對不同纖維方向角β的CFRP切削加工表面進行質量評價，就需要制備具有不同纖維方向的CFRP單向層合板試件并進行切削加工試驗，從而獲得不同纖維方向角β的切削加工表面，然后對其逐一進行質量評價。這種質量評價方式不僅工作量大，而且不能獲得纖維方向角連續變化下的切削加工表面，局限性很大。

發明內容

本發明的目的在于，針對目前CFRP切削加工表面質量評價只能依靠多次重復試驗來完成，而且只能對單一纖維方向角下的切削加工表面質量進行評價的問題，提出一種全范圍纖維方向角的CFRP切削加工表面質量的評價方法，通過創新切削加工試驗的方法，能夠通過一次銑削加工試驗即可獲得0～180°全范圍纖維方向角的碳纖維增強復合材料切削加工表面并進行質量評價。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種全范圍纖維方向角的CFRP切削加工表面質量的評價方法，通過環形銑削碳纖維增強復合材料的圓盤工件，獲得全范圍纖維方向角下的碳纖維增強復合材料切削加工表面，并對碳纖維增強復合材料不同纖維方向角下的切削加工表面進行表面質量評價。

進一步地，所述的環形銑削的加工軌跡為以所述圓盤工件中心為圓心的圓形軌跡，所述的圓盤工件為同向鋪層的碳纖維增強復合材料單向層合板。

進一步地，所述的全范圍纖維方向角指的是，在0～180°之間連續變化的纖維方向角。

進一步地，所述的表面質量評價包括：測量不同纖維方向角下切削加工表面的表面粗糙度、拍攝不同纖維方向角下切削加工表面的光學顯微鏡照片并拼接成0～180°范圍連續變化纖維方向角下的切削加工表面圖像和測量不同纖維方向角下切削加工表面的毛刺高度并計算表面毛刺高度因子。

進一步地，所述評價方法包括如下具體步驟：

步驟1)試樣制備，將同向鋪層的碳纖維增強復合材料單向層合板制成圓盤工件，并在該圓盤工件的中心加工出通孔；