基于刀具结构的T800-CFRP铣削刀具磨损抑制和加工质量优化

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)因其比强度高、抗疲劳和耐腐蚀等优异性能在航空航天领域得到了广泛应用。然而,CFRP材料的非均质性和各向异性使其加工过程与传统金属相比更为复杂,容易产生表面缺陷,且由于碳纤维以及碳纤维粉末的高硬度,使得刀具磨损剧烈,加工效率低。为此,以PCD刀具铣削T800-CFRP多向层合板为研究对象,综合仿真分析和铣削试验,从刀具磨损、已加工表面粗糙度和毛刺因子等方面研究分析了铣削该类材料时的刀具结构对刀具寿命及加工表面质量的影响。基于刀具磨损和表面质量试验结果,以刀具后刀面磨损带宽、表面粗糙度、毛刺因子为优化目标,建立了后刀面磨损带宽VB、表面粗糙度Sa、毛刺因子Fb关于刀具齿数、前角和后角的映射关系模型和综合评价模型,进而通过鲸鱼优化算法,获得了最优的刀具结构参数,并通过试验验证,刀具磨损减小了16.95%,表面粗糙度减小了32.41%,毛刺因子减小了52.93%。

冰球和钨珠非正冲击下T800-CFRP层合板损伤特性的研究

通过试验和仿真相结合的方法研究了T800碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板在冰球和钨珠非正冲击作用下的损伤特性。首先开展了冰球和钨珠在给定工况下高速撞击T800-CFRP层合板试验,以此对仿真模型的有效性进行验证;然后讨论了T800-CFRP层合板在两种冲击体以不同冲击能量与冲击角度作用下的损伤特性及其差异性。研究表明:钨珠在冲击能量较低时就能对层合板造成穿孔损伤,但随着冲击能量增大层合板的损伤程度呈下降趋势;冰球对层合板造成损伤的冲击能量阈值与钨珠的相比要高很多,且随着冲击能量的增加损伤程度明显加剧;钨珠在冲击角度为45°和60°时造成的损伤与正冲击的情况相比要更加严重,而冲击角度为30°时造成的损伤却小于正冲击的情况;冰球冲击时,层合板的损伤程度随冲击角度的增加而减小。该研究有助于深化对T800-CFRP层合板在冲击载荷作用下的损伤与破坏行为的认识,具有重要的科学意义和工程应用价值。