《微細切削芳綸纖維複合材料表面創成機理研究》是依託北京工商大學，由石文天擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微細切削芳綸纖維複合材料表面創成機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：石文天
- 依託單位：北京工商大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
芳綸纖維複合材料以其輕質、高強、高韌的特性在多個領域具有廣闊套用前景，其二次加工多採用切削方法且尺度較小，屬微細切削加工，由於對其切削加工表面創成機理研究不夠，經常出現加工缺陷，制約了該材料的進一步套用。本申請擬進行如下研究：(1)基於2D編織形態的單胞模型建立芳綸纖維複合材料的三維模型，進行微細切削全過程的ABAQUS仿真，研究其斷裂力學特性，通過切屑形態研究其切削性能，進而提出不同閾值的複合材料強度失效準則；(2)進行切削力、熱、表面質量的試驗研究，探索切削加工缺陷的形成機理和分布規律，優選切削參數減少和避免加工缺陷的產生；針對刀具材料進行適配性摩擦試驗，研究切削過程中摩擦磨損及刀具切削效能影響，為揭示表面創成機理奠定基礎；(3)最佳化設計微切削刀具幾何刃型使之既保持鋒利度，又易於排屑散熱，減摩耐磨，結合試驗結果對易磨損部位予以強化處理，提出一種微切削刀具幾何刃型設計準則和強化方法。
結題摘要
芳綸纖維複合材料屬輕質、高強、高韌的新型複合材料，在各領域都有廣泛的用途，但其二次加工易出現缺陷，制約了該材料的進一步套用。本研究旨在揭示該材料的切削斷裂機理，研究避免其加工缺陷的工藝方法，研究內容及其成果主要包含：（1）針對該材料進行微細切削全過程的ABAQUS仿真，基於2D編織形態的單胞模型建立了芳綸纖維複合材料的三維模型，研究了其斷裂力學特性；（2）通過試驗研究了該材料的切屑形態即分為絮狀切屑、塊狀切屑、盤絲狀切屑，絮狀切屑是切削狀態良好的一種切屑，塊狀切屑出現在低速切削和切削條件惡化的情況下，盤絲狀切屑表明切削刃開始出現磨損；（3）定義了該材料瞬時切削狀態比α、纖維方向係數β、切削方向角γ，並研究了切削力隨上述參數的變化趨勢。試驗表明X方向切削力隨α單調增減，與β無關；Y方向切削力與纖維方向係數β相關，當β=1時，即切削進給方向與上層纖維一致時出現波谷，β=-1時出現波峰；Z方向切削力與Y方向切削力峰谷異向，即當β=1時出現波峰，β=-1時出現波谷；（4）通過切削力試驗得出了切削力的變化規律，即巨觀上呈現出周期性、震顫性、單調性，切削力分力Y、Z方向呈現峰谷異向性，研究了切削力對複合材料編織狀態的復映規律，發現了切削中的單齒切削現象及其對表面質量的影響；（5）對比了常溫和超低溫環境下，微細切削芳綸纖維複合材料的表面質量，結果表明，超低溫環境可使纖維斷裂徹底，避免燒蝕現象，減少刀具磨損，獲得較低的表面粗糙度值，Ra最小值可達到1.47μm；發現了芳綸纖維複合材料切削加工後表面特有的白色凝膠現象，初步探索了風冷排屑的工藝方法和基於控形控性技術的刀具最佳化設計。本研究探索了該材料的結構建模方法和切削工藝現象，揭示了切削斷裂機理和切屑形成規律，提出了改進表面質量的工藝方法，推進了芳綸纖維複合材料的二次加工技術，為其進一步套用奠定了試驗基礎，積累了試驗數據和初步的工藝探索。
