加工参数对T800碳纤维增强复合材料铣削质量的影响

增大层厚和增加牺牲层加工工序，是控制大型航空碳纤维复合材料构件形变和装配精度的重要手段，然而如何对其牺牲层进行大余量高效铣削的同时确保无撕裂分层损伤面临挑战。表面柔软的玻璃纤维保护层和内部坚硬的碳纤维复合材料牺牲层因二者的材料性能差异较大，在铣削加工过程中很难同时确保二者均无毛边和分层。为此以某大型航空构件使用的T800碳纤维增强复合材料侧面铣削为例，开展了加工参数对材料铣削质量的影响试验研究，通过分别对硬质合金玉米铣刀、金刚石涂层铣刀、碳纤维专用复合铣刀和双刃聚晶金刚石铣刀4种不同结构形式刀具的铣削力、铣削温度以及加工表面粗糙度进行试验研究，分析了不同加工参数对表面加工质量的影响。试验结果表明：加工表面毛边高度随主轴转速的增加有减小的趋势，随进给速度和径向切深的增加有增大的趋势；较高的铣削温度会引起不同方向的纤维断裂位置发生偏移，导致加工表面粗糙度增大；采用锋利的刃形和多微刃铣削方式，在确保内部碳纤维增强复合材料加工质量的前提下，能够显著改善加工表面的毛边现象，使用左右旋微刃结构的刀具可以使铣削过程更加稳定。     

碳纤维复合材料的切削加工工艺

进行碳纤维复合材料切削加工时，易产生各种加工缺陷，刀具磨损快，尺寸控制困难，本文通过对碳纤维复合材料的切削；切割等加工工艺的研究，对各种切削刀具的材料、几何角度提出了建议，并推荐了相应的工艺参数。     

碳纤维复合材料各向异性特性对气泡形态影响试验研究

为探究碳纤维复合材料各向异性特性对气泡溃灭形态的影响,利用高速全流场显示系统记录和观测单向纤维铺层的碳纤维复合材料边界附近气泡形态,以及复合材料边界变形随时间变化的过程,对气泡在不同铺层角度复合材料边界附近的形态变化进行分析。在气泡距复合材料边界相同初始距离下,针对铺层角度为0°、90°以及0°+90°交替叠加铺层的3种碳纤维复合材料板,对比了复合材料边界附近气泡的形态变化过程以及复合板变形的差异。研究结果表明：气泡在边界附近溃灭时产生高速射流以及冲击波是破坏边界的主要原因;铺层角度的不同会导致单向纤维复合材料边界的变形方式不同,从而严重影响气泡的形态演化过程以及溃灭方式。     

基于声发射CFRP加工刀具磨损及孔出口损伤研究

针对碳纤维复合材料加工过程中刀具磨损及孔出口损伤问题,监测CFRP钻削过程的声发射信号,分析不同钻削参数和不同孔数下刀具后刀面磨损、声发射信号及孔出口损伤。结果表明:在钻削过程中,转速一定时,随着进给量的增加,刀具磨损速度加快,声发射信号幅值也增大,孔出口处更容易产生撕裂与毛刺。声发射信号幅值小于1.5 V,孔出口质量较好;当幅值大于1.5 V,则孔出口产生撕裂与毛刺。刀具的磨损会引起声发射信号的变化,利用小波包分析提取刀具磨损声发射信号的频段能量特征,通过监测这些频段的能量百分比变化可有效判断刀具的磨损情况。     

碳纤维复合材料等效建模与电磁特性分析

针对碳纤维复合材料细观结构的电磁模型剖分和求解困难的问题,采用均匀化方法建立了复合材料的等效层模型,并用于碳纤维复合材料的反射系数、透射系数和屏蔽效能的计算。选取了三种不同物理结构的复合材料模型进行验证,等效层模型的计算结果与采用有限元数值软件的结果进行了对比,当纤维周期远小于波长时,等效层模型具有很好的精度,最后分析了物理参数变化对复合材料电磁特性的影响。     

DLC涂层立铣刀的磨损形态及机理分析

利用DLC涂层刀具对碳纤维增强复合材料(CFRP)进行铣削加工,研究刀具的主要磨损形态及磨损机理,分析刀具磨损对铣削力和铣削加工质量的影响规律。结果表明:DLC涂层刀具主要存在磨粒磨损和涂层剥落等磨损形态,而树脂黏附主要出现在涂层剥落区;随VB值的增大,分层因子F_d逐渐增大,且刀具进入急剧磨损阶段,F_d呈快速增大趋势;随VB值的增大,切削力增大趋势较为平缓,当VB值超过62μm时,切削力出现较明显增大;切向切削力F_y对分层因子F_d的影响显著,当径向切削力F_x超过192 N时,F_x对F_d的影响显著增强。     

复合材料/铝合金黏接-自冲铆接头力学性能

为探究碳纤维复合材料黏接-自冲铆复合接头力学性能,对厚度为1.5 mm的碳纤维复合材料及5052铝合金板材分别进行自冲铆接,结合dp460环氧树脂黏接-自冲铆复合连接及黏接3种不同工艺制作单搭式接头,通过剖面直观检测分析法对接头成形进行质量评价,由拉伸-剪切试验获得各组接头的静破坏载荷及失效位移,并计算相应能量吸收值。结果表明:黏接-自冲铆复合连接工艺可以实现对碳纤维复合材料与5052铝合金板材的有效连接,其复合接头静破坏载荷比自冲铆接接头增加160%,为5 425.2 N;与黏接接头相比,黏接-自冲铆复合接头能量吸收能力更强,是前者的2倍;失效模式为在铆接位置发生纤维层断裂,黏接处发生混合破坏,搭接区域的5052铝合金板上出现纤维层残留;失效机理为铆钉刺入破坏纤维材料的连续性,在黏接剂的作用下断裂的纤维层黏接在上板并与下板分离。     

嵌入式共固化阻尼复合材料结构拉伸性能研究

通过面内拉伸试验和层间拉伸试验研究嵌入式共固化复合材料的拉伸性能,探讨沿纤维方向拉伸和半角拉伸的强度差异及层间拉伸强度。结果表明:纤维铺设角度对嵌入式共固化复合材料的拉伸性能有重要影响,不同铺设角度下的性能差异较大,面内拉伸强度的差异达1.71倍;首次通过实验得到嵌入式共固化复合材料的层间拉伸强度值,其值较面内拉伸强度小的多,约为0.398 MPa。     

C/C复合材料的ILSS与碳纤维表面状态的关系

采用液相氧化法对PAN系碳纤维进行了表面处理,研究了不同条件下,碳纤维表面状态对C/C复合材料中纤维与基体的结合程度的影响规律,并通过扫描电子显微镜观察其断口形貌,分析了影响因素与结合状态的关系。     

C/BAS复合材料的制备及性能

采用热压工艺合成了单相和复相 C/BAS复合材料。研究了 C/BAS复合材料的氧化行为。结果表明 ,单相 C/BAS复合材料比复相 C/BAS致密 ,这不仅导致单相复合材料的力学性能比复相的高 ,而且导致单相复合材料中纤维的氧化程度不如复相复合材料中的严重。C/BAS复合材料的显微结构由纤维层和非纤维层组成 ,纤维层中基体的致密程度比非纤维层中的低 ,氧化性气体对纤维的氧化是沿着纤维层宽度方向进行的。     

三维编织碳纤维/环氧复合材料的磨损特性研究

采用RTM工艺制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(记为C_(3D)/EP)复合材料,对其摩擦磨损动力学进行了研究,讨论了载荷及滑动速度等因素对复合材料摩擦磨损性能的影响及磨损机理。结果表明,复合材料的摩擦因数和磨损率随着载荷的增加单调降低。滑动速度对复合材料的摩擦因数影响较小,但对磨损率影响较大。滑动速度较高时,磨损率较低。低速低载时复合材料的磨损机制主要为疲劳和粘着磨损,反之以粘着为主。     

三维编织碳纤维增强铝基复合材料的制备研究

以碳纤维的三维编织架构为增强体,经镀铜预处理后,置于铝合金熔体中施加压力成形,得到三维编织碳纤维增强铝基复合材料。探究大气和氩气气氛下不同三维纤维架构挤压成型的复合材料的界面特征与结构。通过拉伸试验及扫描电镜检测,对材料性能进行表征。结果表明:紧密编织的三维编织碳纤维较宽松结构的三维编织碳纤维,与铝合金基材的浸润性和相容性更好,铝合金在与三维编织碳纤维复合后拉伸强度与硬度均提升。     

层合纤维增强复合材料的抗弹性能数值计算研究

以2层Kevlar／Epoxy构成的纤维增强复合材料为例，利用非线性经典层合理论，研究了子层的材料铺层方向对抗弹性能的影响以及复合材料对不同冲击速度的能量吸收，从而得到层合纤维增强复合材料的抗弹特性，得出纤维增强复合板适合于较低速度的冲击防护．     

阶梯钻钻削碳纤维复合材料/钛合金叠层板的实验研究

采用自行研制的阶梯钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削实验,并与普通麻花钻进行对比。分析钻削力和钛合金切屑形态对孔质量的影响,研究不同加工参数下的钻削力、孔径及孔出入口质量情况。结果表明:钛合金层钻削力随主轴转速的增大而减小,随进给量的增大而增大;相比普通麻花钻,阶梯钻产生的钻削力更小,钛合金切屑排出顺畅,钛合金层和碳纤维复合材料层孔径值更接近于钻头直径,钛合金层和碳纤维复合材料层孔出入口质量更好。     

碳纤维/环氧树脂复合材料钻削温度场建模与试验

碳纤维/ 环氧树脂(C/ E)复合材料具有轻质、高模量、高比强度等优良特性在航空航天等领域有广泛的应用,但由于其各向异性、层间强度低、导热系数小和树脂对温度敏感等特点,导致钻孔加工中热量很容易聚集,形成很高的温度梯度,极易产生分层、毛刺等缺陷。以C/ E 复合材料钻孔过程中温度场的分布及变化为研究对象,依据传热学的基本原理,采用有限差分法(FDM),建立了C/ E 复合材料钻削温度场模型,探讨切削温度沿纤维方向的分布规律。采用硬质合金钻头开展C/ E 复合材料钻孔测温试验,采用预埋热电偶方法测量纤维方向不同处的温升,采用红外测温的方法测量出口处温度场分布。通过对试验结果和模型仿真结果对比分析可知:温度场仿真模型有较高的准确性,出口处温度场分布呈椭圆形,平行纤维方向时温升较高。     

硬质合金刀具铣削高强度钢的磨损机理研究

某牌号高强度钢是一种难加工材料。选用添加钽、铌的硬质合金铣刀对该材料进行了端面铣削试验,给出了不同铣削用量下,刀具的磨损耐用度和前刀面上铣削温度的分布范围。在此基础上,利用扫描电子显微镜研究了刀具的磨损特征和机理。研究结果表明：后刀面粘结层的撕裂加剧了硬质相的扩散磨损;受铣削温度分布的影响,前刀面磨损形态表现为较宽的月牙洼;沿切屑流出方向,月牙洼的深度与氧化及扩散磨损的程度相应增加。     

纤维表面处理对三维编织碳纤维/环氧复合材料力学性能的影响

在对长碳纤维 /环氧复合材料 (Cl/Ep)研究的基础上 ,重点研究了纤维空气氧化和次氯酸钠氧化对三维编织碳纤维 /环氧复合材料 (C3D/Ep)力学性能的影响。结果表明 ,纤维表面处理可显著增强纤维 /基体的界面结合强度 ,使其力学性能大幅度提高。其中 ,空气氧化效果最为明显     

基于ANSYS的多元多层碳纤维设计研究

试验以自愈合碳纤维增强陶瓷基复合材料中的多元多层碳纤维为研究对象,采用ANSYS有限元软件进行建模和仿真,研究多元多层碳纤维的抗变形性和层数对多元多层碳纤维承载时应力分布的影响,以及2D正交铺设中两种铺向的多元多层碳纤维中应力分布的特点,并研究其热-应力耦合问题,得到了多元多层碳纤维的初等设计准则。     

钻削工艺对复合材料/金属叠层板孔质量的影响

采用整体硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削试验,研究不同加工工艺下碳纤维复合材料层的孔径误差、孔入口撕裂因子、孔壁表面粗糙度、孔出口烧伤以及碳纤维复合材料孔壁形貌。结果表明,啄式钻削工艺下的钛合金切屑排出更顺畅,避免钛合金切屑对孔的二次伤害。对比3种工艺,变加工参数啄式钻削工艺下的碳纤维复合材料层的孔径误差更小,孔入口处的撕裂因子趋于稳定值且小于1.05,孔壁表面粗糙度更小,孔出口没有明显烧伤。     

碳纤维复合材料力学性能及其复合弹体侵彻试验研究

设计了一种碳纤维复合材料弹体,基于Forrestal阻力公式对复合弹体在侵彻混凝土靶过程中壳体所承受的最大轴向应力进行了预估。制备了碳纤维复合材料层合板、空心圆筒和复合弹体试样,对碳纤维复合材料层合板和圆筒试样进行了不同应变率下的压缩试验,对复合弹体以298m/s和432m/s的速度,分别对表面强度为48MPa、厚度为200mm和350mm的素混凝土靶进行了正侵彻试验。结果表明:选用的碳纤维复合材料抗压强度随着应变率的增大而增大;所设计的复合弹体对混凝土靶具有一定的侵彻能力;制备的复合弹体壳体能够满足着速在400m/s范围内对混凝土靶侵彻的强度需求。