《磨粒切厚可控的CFRP超聲振動銑磨基礎研究》是依託南京航空航天大學，由陳燕擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：磨粒切厚可控的CFRP超聲振動銑磨基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳燕
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
CFRP的高硬度、各向異性、非均質性、導熱性差、層間強度低等特性，導致在機械加工中易出現分層、撕裂、毛刺、樹脂融化、纖維崩缺等加工質量問題，同時存在加工效率低下、刀具壽命短的問題。本項目擬通過利用超聲振動銑磨技術與控制單顆磨粒切厚相結合的方法改善加工質量，實現CFRP結構件的高效加工。主要開展磨粒對不同結構形式中不同碳纖維方向的CFRP作用機制研究、基於單顆磨粒切厚可控的CFRP加工質量控制、金剛石銑磨工具與超聲加工系統匹配性研究、加工質量與加工效率的協同最佳化與CFRP典型結構超聲振動銑磨驗證。最終達到提高加工質量與加工效率的目的。 本項目的研究可掌握大型飛機C919和四代隱身戰機高性能CFRP結構件的高效加工技術；使我國擁有CFRP超聲振動複合加工方面的自主核心技術。同時該研究對完善CFRP超聲振動複合加工基礎理論，促進多學科的實質性交叉融合，起到重要的支撐和推動作用。
結題摘要
CFRP具有比強度、比模量與比剛度高、熱膨脹係數小、抗疲勞性能好及耐腐蝕等優點，被廣泛套用於航空航天、汽車、能源、體育等領域。CFRP結構件主要採用近淨成型技術，但為了保證形狀尺寸精度和裝配公差，材料成型後仍需進行機械加工，如銑邊和鑽孔等。CFRP的高硬度、各向異性、非均質性、導熱性差、層間強度低等特性，導致在機械加工中易出現分層、撕裂、毛刺、樹脂融化、纖維崩缺等加工質量問題，同時存在加工效率低下、刀具壽命短的問題。有鑒於此，本項目在分析磨粒對不同碳纖維方向的CFRP作用機制的基礎上，開展了基於磨粒切厚可控的CFRP超聲振動銑磨基礎和試驗研究，實現了CFRP結構件的高質與高效加工。主要工作包括： （1）採用MATLAB計算了單顆磨粒在超聲振動狀態下的運動軌跡，分析了磨粒運動參數與單顆磨粒切厚之間的關係；建立了超聲振動切削力模型，揭示了超聲振動作用使刀具達到“刀具鋒利化效果”的機理；研究了不同CFRP（T300/3234、T700/5429與T800/924C）超聲振動銑磨表面加工形貌，分析了纖維切削角對表層纖維斷裂的影響規律。 （2）建立了最大單顆磨粒切厚的數學解析式，分析了超聲輔助磨削時振幅與諧振頻率對最大單顆磨粒切厚的影響規律；揭示了單顆磨粒切厚相同條件下金剛石磨粒粒徑對CFRP磨削加工的影響規律；確定了適宜於CFRP加工的磨粒粒徑及單顆磨粒切厚；並分析了容屑空間與CFRP樹脂基體玻璃化溫度間關係的分析。 （3）採用ANSYS分析了刀具基體與超聲振動系統的匹配性，確定了刀具基體材料；設計了刀具磨料層的排布方式，製作了單層釺焊金剛石銑磨刀具；通過分析超聲振動輔助銑磨加工的切削力、CFRP層合板表面質量與刀具磨損，評價了超聲振動銑磨專用釺焊金剛石銑磨刀具的性能。 （4）以飛機製造中的技術要求為量化指標，分析了加工參數與超聲振動參數對加工表面質量的影響規律，獲得了超聲振動銑磨CFRP結構件的加工工藝參數；分析了高速超聲振動銑磨進給速度與徑向切深對切削力、已加工表面形貌的影響規律，驗證了高速超聲振動銑磨工藝的可行性。 （5）分析了加工刀具與CFRP層合板角度變化對加工質量的影響規律；以鋸齒形蒙皮模擬試驗件與變角度蒙皮模擬試驗件為加工對象，驗證了超聲振動銑磨CFRP典型結構件的可行性。
