平纹编织碳纤维/Kevlar纤维增强混杂复合材料微宏观切削去除机理研究

由于碳纤维和Kevlar纤维力学性能相差迥异,在C-K纤维混杂增强复合材料(Carbon-Kevlar fiber hybrid composite,CKFH)加工中易产生加工缺陷,比单种纤维复合材料的加工缺陷更难控制。由此,从微观和宏观角度,构建CKFH三维有限元切削模型,分析CKFH的切削去除机理及平纹编织结构对切削过程的影响机制。结果表明,在不同纤维取向下,Kevlar纤维均易产生抽丝拉毛现象,尤其当纤维取向θ=0°/180°时最为明显;纤维取向θ=0°/180°时,切屑多为卷曲片状切屑,纤维取向θ=45°、90°、135°时,两种纤维的断裂相互影响,切削表面、切屑形态均与切削方向存在密切关系,当纤维取向θ=45°时,多为细小片状切屑,纤维取向θ=90°时,切屑多为絮状块状切屑,纤维取向θ=135°时,切屑多为成块状切屑;从碳纤维切向Kevlar纤维时,Kevlar纤维出现松散、抽丝拉毛现象明显,从Kevlar纤维切向碳纤维时,在Kevlar纤维的韧性弯曲区碳纤维发生弯曲脆断、碎裂,易出现凹坑;平纹编织结构对切削应力的传递具有明显的阻断作用,有限元仿真结果与试验观测结果基本吻合。

碳纤维增强树脂复合材料齿槽加工中分层缺陷的形成机制

针对碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber-reinforced plastic,CFRP)齿槽加工中易产生分层缺陷的问题,尤其以切出侧最严重。根据齿槽加工中分层缺陷的形成过程,重点构建CFRP齿槽加工切出侧最表层材料分层形成的临界切削力模型,并以平纹编织CFRP为研究对象,采用T型铣刀进行试验,从力学角度揭示齿槽加工中分层缺陷的形成机制。结果表明:齿槽上下两侧的经向纤维分层缺陷较小;A情形(有支撑)、B情形(无支撑)下纬向纤维分层缺陷产生的临界切削力均较小,因此,齿槽加工中分层缺陷均易产生,尤其是B情形;A、B两种情形下单束纤维临界力均在边缘附近呈较大值,中间部位临界力变化较小及纤维的变形均以中间部分较大,边缘部位变形小,由此导致A、B两种情形下的分层缺陷均以单束纤维为边界形成半月弧形"波峰";随着每齿进给量f;和切削速度V;的增大,两种情形下的分层缺陷均呈增大趋势。试验结果与临界力理论推导结果基本一致。