树脂基复合材料热压成型工艺数值模拟研究进展

针对树脂基复合材料热压成型工艺过程,以构件成型所需的温度场和压力场两个影响构件成型质量的主要因素为主线,从有限元数值模拟方面,对树脂基复合材料热压成型工艺的研究现状及存在问题进行了综述。     

阶梯钻钻削碳纤维复合材料-钛合金叠层板刀具磨损试验研究

采用自主磨制的阶梯钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削磨损试验,并与普通麻花钻进行对比,分析了阶梯钻刀具磨损过程。实验结果表明:阶梯钻主要磨损区域为横刃、第一后刀面和第二后刀面,其中第二后刀面磨损最为严重,相比普通麻花钻,阶梯钻产生的钻削力更小,阶梯钻刀具寿命远远高于普通麻花钻。     

Cr12MoV钢电火花辅助铣削实验研究

以典型难切削金属材料Cr12MoV模具钢为研究对象,使用ABAQUS对其在电火花放电条件下温度场进行数值模拟,在不同进给率下对其进行传统铣削和电火花辅助铣削对比试验。借助高速摄像机、扫描电镜和测力计等设备,对其切削力特征、表面形貌和刀具磨损进行了对比分析研究。结果表明,电火花辅助铣削的切削力比传统铣削降低28.57%～51.47%,表面粗糙度降低2/3。与传统铣削相比,电火花辅助铣削在降低切削力、提高表面质量和减少刀具磨损方面具有显著优势。     

基于零厚度内聚力单元单向碳纤维增强树脂基复合材料微观切削机理研究

为探究碳纤维复合材料(CFRP)微观切削机理,通过有限元法,采用零厚度内聚力单元模拟界面相,碳纤维建模呈圆柱状并随机分布于基体中,以此来真实反应CFRP的微观结构。通过对各组成相设置不同的材料本构、材料失效和演化准则,对4种典型角度(0°、45°、90°、135°)进行直角切削仿真,探究不同纤维角度下单向碳纤维增强树脂基复合材料(UD-CFRP)在切削过程中的微观切削机理。结果表明:不同纤维角度下CFRP的微观破坏形式不同,切削0°CFRP时破坏主要以界面开裂和纤维折断为主,切削45°和90°CFRP时主要是刀具的侵入破坏,切削135°CFRP时则发生纤维的断裂和沿纤维方向的裂纹,纤维断裂点在刀刃下方。最后,通过实验验证了微观模型的准确性。     

三种钻头钻削CFRP的制孔损伤对比

采用二刃双锋角钻头、三刃双锋角钻头和圆弧形钻头在不同加工参数下钻削CFRP,对比分析了孔入出口质量(入口损伤、毛刺和出口撕裂),并采用毛刺存在角度来衡量毛刺的多少。结果表明:随着进给量的增大毛刺存在的角度(范围)α先减小后增大;综合考虑孔入口和出口质量(毛刺和撕裂因子),三刃双锋角钻头最适合钻CFRP。     

CFRP在钻削加工中的声发射特性

文摘根据CFRP钻削过程中缺陷的产生机理,用声发射传感器采集钻削过程中的声发射信号有效值电压(RMS)。分析了在不同钻削参数下的RMS,对孔的入口处撕裂与出口处撕裂对应的RMS进行识别。结果表明:在钻削过程中,入口处和出口处撕裂会引起RMS的突变,能够有效的进行识别;主轴转速一定时,RMS随着进给量的增大而增大;进给量一定时,RMS随着主轴转速的增大而增大。     

CFRP/TC4叠层结构钻削仿真与实验研究

为探究CFRP/TC4叠层结构不同叠层顺序下的材料去除过程、两相材料及界面损伤形成机理,建立CFRP/TC4叠层结构钻削的有限元模型,并通过实验获得的轴向力、缺陷类型验证了模型的正确性。研究结果表明,当钻削顺序为CFRP→TC4时,CFRP入口处产生以撕裂型为主的入口分层,CFRP出口处未产生明显的推出分层,但在钻头的持续旋转作用下形成界面分层;当钻削顺序为TC4→CFRP时,当钛合金待切削层厚度较低时,轴向推力超过CFRP层间界面结合强度时产生界面相失效,TC4→CFRP的界面损伤比CFRP→TC4更加严重;TC4→CFRP主要形成以张开型、滑开型裂纹扩展为主的推出分层。     

CFRP/TC4叠层板的钻削实验

采用硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料-钛合金叠层板进行钻削试验,分析了钛合金层加工参数对刀具磨损的影响和刀具磨损机制。刀具磨损对孔入口处最大撕裂长度的影响。结果表明:磨损的主要区域是横刃和后刀面,前刀面磨损不明显。钛合金层的低转速和低进给量可以降低刀具磨损;此外随着钻孔数的增加,钛合金层转速越低、进给量越大碳纤维复合材料孔入口处孔质量更好。     

阶梯钻钻削钛合金实验

采用自主磨制的阶梯钻对钛合金进行钻削实验,并与普通麻花钻进行对比。分析了不同加工参数下的钻削力、切屑形态、孔径、孔壁表面粗糙度以及孔出入口毛刺。实验结果表明:钻削力随着主轴转速的增大而减小,随着进给量的增大而增大。相比普通麻花钻,阶梯钻产生的钻削力更小,切屑尺寸更小,排出顺畅,孔径值接近于钻头直径,孔壁表面粗糙度值更小,孔出入口毛刺少。     

CFRP管钻孔加工中管径对钻削轴向力与损伤特性的影响

CFRP管制造的传动轴具有优越的性能,被广泛应用于无人机和新能源汽车等高新技术领域。CFRP管中,非轴向分布纤维的屈曲程度决定其初始弯曲应力,并对其钻削过程中的轴向力和加工损伤产生影响。建立了CFRP管的钻削有限元仿真模型,并进一步结合仿真和试验,研究了管径大小对CFRP管钻削轴向力和损伤的影响。结果表明,本文所建立的CFRP管钻削有限元模型具有较高的可靠性;CFRP管的钻削出、入口易在螺旋槽的剥离力和钻头轴向力的作用下产生严重的推出分层和剥离分层,最大钻削轴向力随管径的增大而呈现先减小后增大的“V”型变化趋势;钻削出口存在明显的毛刺和分层损伤,分层损伤因子随管径的增加变化幅度较小;钻削入口的材料剥离长度和钻削出口的材料最大挠度均随管径的增大而增大;最先与钻头接触的材料最大应力随管径增加呈先减小后增加的变化趋势,在管内径为12mm时应力达到最小。