超声振动辅助磨削CFRP复合材料薄管撕裂损伤研究

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)薄管超声振动辅助磨削过程中存在撕裂损伤且形成原因不明确的问题,通过对M55J和T300复合材料薄管开展超声振动辅助磨削试验,探究了超声振幅、进给量及主轴转速对磨削力和撕裂尺寸的影响规律,通过对磨削过程的受力分析和对最大未变形切屑厚度的计算,分析了撕裂位置的形成原因和撕裂尺寸的变化规律。结果表明:磨削力随超声振幅的增大而减小,随进给量的增大而增大,与主轴转速的关联性较小;撕裂易出现于CFRP薄管内壁,其长度与高度随超声振幅的增大而减小,随进给量的增大而增大,随主轴转速的增大而减小。

端面磨削复合材料管毛刺预测及验证

阵列复材管具有优异的性能,可应用于微波反射器夹层。阵列复材管端面磨削过程中易出现规律毛刺且形成过程不明确。研究以阵列复材管的复合材料管胞元为对象,考虑其宏观结构特征和端面磨削特点定义切出角度和砂轮轴线偏移角,并系统研究在砂轮倒角参数和工艺参数综合影响下,切削截面内砂轮与纤维相互作用关系,揭示毛刺的形成过程并建立毛刺长度预测模型。结果表明:砂轮轴线偏移角、砂轮倒角共同影响切削截面内的砂轮倒角,而切削截面内砂轮倒角与纤维方向角的大小关系、轴向磨削深度共同影响纤维率先发生断裂的位置,该位置与纤维方向角共同影响毛刺的长度。为获得更好的加工质量应优先选用较大倒角的砂轮、较小的砂轮轴线偏移角或使切出角度接近90°,当毛刺不可避免时,优先选用较小的轴向磨削深度。研究成果可为复合材料管端面磨削过程中刀具轨迹规划、刀具设计和工艺参数选择提供指导。