[发明专利]全范围纤维方向角的CFRP切削加工表面质量的评价方法

说明书

一种全范围纤维方向角的CFRP切削加工表面质量的评价方法，通过环形铣削碳纤维增强复合材料的圆盘工件，获得全范围纤维方向角下的碳纤维增强复合材料切削加工表面，并对碳纤维增强复合材料不同纤维方向角下的切削加工表面进行表面质量评价；铣削加工时刀具路径为以圆盘工件中心为圆心的圆形轨迹，获得切削加工表面后测量其表面粗糙度，通过拍摄光学显微镜照片拼接形成0～180°全范围内纤维方向角的切削加工表面图像，并且测量不同纤维方向角下的切削加工表面毛刺高度，最后获得全范围纤维方向角的表面毛刺高度因子并据以评价所述碳纤维增强复合材料的切削加工表面的质量。本发明只需通过一次铣削加工试验，即可获得0～180°全范围纤维方向角的CFRP切削加工表面并进行质量评价。

技术领域

本发明涉及碳纤维增强复合材料切削加工质量的评价方法，具体涉及一种基于环形铣削试验的全范围纤维方向角的CFRP切削加工表面质量的评价方法，属于机械加工技术领域。

背景技术

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP)以其轻质、高比强度、高比刚度、耐腐蚀、低热膨胀系数等优点在航空航天领域得到了广泛应用。CFRP的物理和力学性质都具有很强的各向异性特征，这使得CFRP成为一种典型的高难度加工材料。不同于各向同性的金属材料，在CFRP的切削加工中极易出现分层、毛刺、树脂烧伤、纤维抽出、表面凹坑等加工缺陷，加工质量难以保证。如图1所示，以转速为n旋转的刀具对CFRP进行切削加工，切削速度为vc，切深为ae，进给速度为vf，碳纤维增强复合材料的纤维方向是影响CFRP切削加工性能和加工质量最重要的因素，纤维切削角θ是指刀具切削刃的切削速度vc方向与纤维方向之间的夹角，纤维方向角β是指刀具进给速度vf方向与纤维方向之间的夹角。

在CFRP的切削加工中，目前针对CFRP加工表面质量的评价主要通过正交切削、直线铣削来获得某单一纤维方向角β下CFRP的切削加工表面，然后对该加工表面的质量进行评价；而要想对不同纤维方向角β的CFRP切削加工表面进行质量评价，就需要制备具有不同纤维方向的CFRP单向层合板试件并进行切削加工试验，从而获得不同纤维方向角β的切削加工表面，然后对其逐一进行质量评价。这种质量评价方式不仅工作量大，而且不能获得纤维方向角连续变化下的切削加工表面，局限性很大。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前CFRP切削加工表面质量评价只能依靠多次重复试验来完成，而且只能对单一纤维方向角下的切削加工表面质量进行评价的问题，提出一种全范围纤维方向角的CFRP切削加工表面质量的评价方法，通过创新切削加工试验的方法，能够通过一次铣削加工试验即可获得0～180°全范围纤维方向角的碳纤维增强复合材料切削加工表面并进行质量评价。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种全范围纤维方向角的CFRP切削加工表面质量的评价方法，通过环形铣削碳纤维增强复合材料的圆盘工件，获得全范围纤维方向角下的碳纤维增强复合材料切削加工表面，并对碳纤维增强复合材料不同纤维方向角下的切削加工表面进行表面质量评价。

进一步地，所述的环形铣削的加工轨迹为以所述圆盘工件中心为圆心的圆形轨迹，所述的圆盘工件为同向铺层的碳纤维增强复合材料单向层合板。

进一步地，所述的全范围纤维方向角指的是，在0～180°之间连续变化的纤维方向角。

进一步地，所述的表面质量评价包括：测量不同纤维方向角下切削加工表面的表面粗糙度、拍摄不同纤维方向角下切削加工表面的光学显微镜照片并拼接成0～180°范围连续变化纤维方向角下的切削加工表面图像和测量不同纤维方向角下切削加工表面的毛刺高度并计算表面毛刺高度因子。

进一步地，所述评价方法包括如下具体步骤：

步骤1)试样制备，将同向铺层的碳纤维增强复合材料单向层合板制成圆盘工件，并在该圆盘工件的中心加工出通孔；