高性能樹脂基複合材料高速切削過程摩擦學行為研究

《高性能樹脂基複合材料高速切削過程摩擦學行為研究》是依託福州大學，由林有希擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高性能樹脂基複合材料高速切削過程摩擦學行為研究
• 依託單位：福州大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：林有希

項目摘要

項目結合數值模擬與切削試驗，考慮樹脂基複合材料結構以及高速切削工況的特殊性，深入研究高性能複合材料高速切削過程的多界面摩擦學行為，實現高速切削系統的主動設計和控制，對推動高速切削技術發展及其在先進複合材料製造中廣泛套用具有重要意義。以典型高性能複合材料切削系統為主要研究對象，基於複合材料多相體系，考慮刀-屑-工多界面接觸與摩擦行為、熱-力耦合行為，研究適應高速切削數值模擬要求的高應變率、高溫下材料性能試驗方法和數據處理方法，分析切削不均勻變形場、工件材料本構模型、界面模型及理論、切屑分離準則以及實際工藝和仿真的匹配性，提高數值分析精度；掌握切削參數、刀具材料及其幾何參數對切屑形成、加工表面損傷、切削力、切削溫度分布等的影響規律。分析切削系統摩擦學行為的複雜影響因素和影響規律，研究高性能複合材料高速切削機理，建立刀具、切削參數與加工材料的匹配性，為高速切削的工藝設計提供理論依據。

結題摘要

高速切削技術在複合材料製造中套用日益廣泛，由於複合材料結構和高速切削的特殊性，高速切削中面臨刀具磨損嚴重、工件質量差等問題，切削過程的摩擦學行為研究重要性凸顯，其摩擦磨損的定量化研究，對於實現高速切削系統的主動設計與控制，實際加工中切削用量和切削刀具的合理選擇，新型刀具的設計製造及刀具磨損控制、壽命預測等具有重要的指導作用。通過材料設計及試驗方法對複合材料成分進行最佳化，研發和選取新型樹脂基複合材料，分析組織、結構及物理、化學等性能，研究摩擦學性能和特定摩擦學系統各影響因素的相關性，為新型高性能複合材料的摩擦學設計和套用提供理論指導。基於巨觀建模及微觀建模的FRP切削仿真，採用模擬正交試驗深入研究工藝參數對缺陷與切屑形成、加工表面質量的影響，探討分析刀具和工件的溫度場、應力場分布，研究不同溫度場分布下刀具的摩擦磨損規律，為實際加工提供理論參考。研究了切削加工表面的評定與分析方法，通過算法改進可有效提取加工表面關鍵信息，有利於後續參數評定。基於典型的高性能樹脂基複合材料和切削刀具，研究切削參數、刀具材料及幾何參數、工件參數等對切屑形成、加工表面損傷、切削力、切削溫度等的影響規律以及摩擦行為、熱-力耦合行為，研究切削中刀-工-屑之間的摩擦學特性，揭示切削摩擦磨損機理，豐富複合材料高速切削理論，為刀具的設計、選擇及工藝參數最佳化提供理論支持。研究表明切削參數、刀具幾何參數等對加工過程切削力、溫度、振動皆有顯著影響，刀-工-屑之間摩擦剪下作用使切削溫度、力不斷提高，摩擦學系統在接觸摩擦、熱力耦合等多因素協同影響作用下，由低熱低載荷系統過渡為高熱高載荷系統，刀-工-屑之間的摩擦磨損、黏著磨損及氧化磨損等加劇，刀具在熱循環應力作用下產生剝落及崩刃，使刀具磨損率升高，進一步惡化加工條件，工件表面完整性及表面質量降低。同時進一步研究金屬基複合材料等其它高性能複合材料的高速加工摩擦學行為，豐富複合材料高速切削理論，推動高速切削技術發展。