[發明專利]一種用于CFRP磨削的砂輪設計方法

在審

• 申請號: 202110361144.X
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113139245A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 康仁科;董志剛;田俊超;郝宗成
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;B24B9/02;B24D7/02;G06F119/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 修睿;李洪福

本發明公開了一種用于CFRP磨削的砂輪設計方法，步驟如下：工件可靠裝夾，并保證加工過程中砂輪軸線平行于纖維排布面；確定砂輪端面半徑；確定砂輪軌跡；獲得砂輪切出角度及纖維方向角在砂輪移動過程中的變化規律；通過迭代算法對砂輪端面倒角角度進行再設計，獲得砂輪端面倒角角度迭代輸出值；進一步對砂輪端面倒角角度迭代輸出值進行優化，確定砂輪端面倒角角度最終設計值及砂輪端面倒角長度最終設計值。本發明針對現有CFRP加工易產生毛刺，去毛刺工序復雜的問題，提出一種用于CFRP磨削的砂輪設計方法，使用該方法設計得到的砂輪可在CFRP磨削過程中對毛刺進行抑制，具有加工工序簡單，加工成本低的優點。

技術領域

本發明屬于復合材料加工技術領域，具體地說是一種用于CFRP磨削的砂輪設計方法。

背景技術

復合材料是由兩種或多種材料復合而成，結構可設計的新型材料，具有比強度、比剛度高、密度低、熱膨脹系數低等優異的力學性能，在航空航天、儀器儀表、能源化工等領域獲得了廣泛的應用。纖維增強復合材料是一種典型的復合材料，其增強相為連續纖維，如碳纖維、玻璃纖維等，基體為金屬、樹脂、陶瓷等。CFRP是一種典型的復合材料，以連續碳纖維作為增強相，以聚合物樹脂等作為基體相，作為輕質構件在工程領域應用廣泛，但該類材料在制造過程中存在一定程度的邊緣效應，周邊材料均勻性差，與內部材料存在性能差異，由其制成的構件一般無法直接成型，大多數構件在初始成型之后需要二次加工以獲得設計所需的尺寸精度及表面質量要求。

磨削或銑磨加工是CFRP典型的加工方法，一般統稱為磨削加工，常用于半精加工或精加工階段，但由于復合材料典型的各向異性及非均勻性，在磨削過程中，砂輪與增強相纖維及基體交替作用，材料去除過程不同步，此外，非均質材料內部纖維或基體的斷裂強度大于纖維-基體界面開裂強度，纖維-基體交界面受力會率先發生開裂，繼而引發多種形式的加工損傷及缺陷。

毛刺是一種典型的CFRP加工缺陷，其產生機理為加工過程中纖維在切削力的作用下發生讓刀變形而非斷裂，在加工完成后從已加工表面突出。過長的毛刺會影響裝配質量，降低裝配的可靠性，若使用過程中毛刺發生斷裂后進入一些重要結構中，會影響機構的服役性能或服役壽命，甚至引發危險造成重大安全事故。

為保證CFRP構件的服役性能及服役可靠性，需對毛刺缺陷進行控制。傳統的方案為在磨削加工后增加一道去毛刺的工序，使用砂紙打磨已加工表面，或使用專用的去毛刺裝置及刀具去除加工過程中的毛刺缺陷，然而上述方案增加了工序步驟，造成時間成本和裝置成本的浪費，提升了加工成本。

針對現有去毛刺方法工序多，成本高的不足，本發明提出一種用于CFRP磨削的砂輪設計方法，從毛刺產生機理出發，通過砂輪結構參數的設計及優化，在加工過程中對毛刺的形成過程從根本上進行抑制，可在保證構件加工表面質量的前提下降低加工成本，提高生產效率。

發明內容

本發明旨在提出一種用于CFRP磨削的砂輪設計方法，基于該方法設計得到的砂輪可在纖維增強復合材料加工過程中對毛刺的形成進行抑制，可提高已加工表面質量，實現復合材料的高質高效加工。本發明采用的技術手段如下：

一種用于CFRP磨削的砂輪設計方法，具有如下步驟：

工件可靠裝夾，并保證加工過程中砂輪軸線平行于纖維排布面；

確定砂輪端面半徑r_s；

確定砂輪軌跡；

獲得砂輪切出角度φ及纖維方向角θ在砂輪移動過程中的變化規律；

根據纖維方向角θ在砂輪移動過程中的變化規律，初步確定：砂輪端面倒角角度初始設計值β₀，砂輪端面倒角長度初始設計值b_∈0，并結合砂輪切出角度φ在砂輪移動過程中的變化規律，通過迭代算法對砂輪端面倒角角度進行再設計，獲得砂輪端面倒角角度迭代輸出值β_outp；