兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 994-1005.doi: 10.12382/bgxb.2021.0857
高航1,*(), 兰宝华1, 许启灏1, 陈亮子2, 肖光明2
收稿日期:
2021-12-21
上线日期:
2023-04-28
通讯作者:
GAO Hang1,*(), LAN Baohua1, XU Qihao1, CHEN Liangzi2, XIAO Guangming2
Received:
2021-12-21
Online:
2023-04-28
摘要:
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。
高航, 兰宝华, 许启灏, 陈亮子, 肖光明. 加工参数对T800碳纤维增强复合材料铣削质量的影响[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 994-1005.
GAO Hang, LAN Baohua, XU Qihao, CHEN Liangzi, XIAO Guangming. Influence of Machining Parameters on the Milling Quality of T800 CFRP[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(4): 994-1005.
刀具 | 前角/ (°) | 后角/ (°) | 左螺 旋角/ (°) | 右螺 旋角/ (°) | 齿数 | 直径/ mm | 刀刃 区域长 度/mm | 总 长度/ mm |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
玉米铣刀 | 6 | 12 | 114 | 64 | 16 | 10 | 28 | 63 |
涂层铣刀 | 8 | 11 | 136 | 76 | 12 | 10 | 22 | 75 |
复合铣刀 | 5 | 9 | 128 | 40 | 4 | 10 | 30 | 80 |
PCD铣刀 | 3 | 10 | 86 | 2 | 10 | 16 | 73 |
表1 刀具几何参数
Table 1 Geometric parameters of the tools
刀具 | 前角/ (°) | 后角/ (°) | 左螺 旋角/ (°) | 右螺 旋角/ (°) | 齿数 | 直径/ mm | 刀刃 区域长 度/mm | 总 长度/ mm |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
玉米铣刀 | 6 | 12 | 114 | 64 | 16 | 10 | 28 | 63 |
涂层铣刀 | 8 | 11 | 136 | 76 | 12 | 10 | 22 | 75 |
复合铣刀 | 5 | 9 | 128 | 40 | 4 | 10 | 30 | 80 |
PCD铣刀 | 3 | 10 | 86 | 2 | 10 | 16 | 73 |
水平 | n/(r·min-1) | f/(mm·min-1) | ae/mm |
---|---|---|---|
1 | 5000 | 200 | 1.0 |
2 | 7000 | 300 | 1.5 |
3 | 8000 | 400 | 2.5 |
4 | 10000 | 500 | 3.0 |
表2 单因素试验参数
Table 2 Single-factor test parameters
水平 | n/(r·min-1) | f/(mm·min-1) | ae/mm |
---|---|---|---|
1 | 5000 | 200 | 1.0 |
2 | 7000 | 300 | 1.5 |
3 | 8000 | 400 | 2.5 |
4 | 10000 | 500 | 3.0 |
刀具 | f=400 mm/min, ae=1.5 mm | n=8000 r/min, ae=1.5 mm | n=8000 r/min, f=400 mm/min |
---|---|---|---|
压米铣刀 | | | |
涂层铣刀 | | | |
复合铣刀 | | | |
PCD铣刀 | | | |
表3 不同刀具条件下工艺参数对切向比切削能与y轴方向保护层毛边高度的影响
Table 3 Effects of parameters on tangential specific cutting energy and y-direction burr height for different tools
刀具 | f=400 mm/min, ae=1.5 mm | n=8000 r/min, ae=1.5 mm | n=8000 r/min, f=400 mm/min |
---|---|---|---|
压米铣刀 | | | |
涂层铣刀 | | | |
复合铣刀 | | | |
PCD铣刀 | | | |
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