机械工程学报

作者：胡晓杭, 王福吉, 贾振元, 鞠鹏程, 魏钢, 付饶

单位：1. 大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室 大连 116024;2. 大连理工大学辽宁省先进复合材料高性能制造重点实验室 大连 116024

关键词：CF/PEEK,纤维变形,弹塑性,切削机理,面下损伤；

基金：国家自然科学基金资助项目(52090053、52105432、52130506)；第二十七届中国科协年会学术论文。

碳纤维增强热塑性复合材料(Carbon fiber reinforced thermoplastic composites, CFRTP)不仅轻质高强且高韧耐冲击，受到了高端装备制造行业的广泛关注。相比传统的碳纤维增强热固性复合材料(Carbon fiber-reinforced polymer, CFRP)，CFRTP的基体塑性更强，加工时纤维所受约束相对较弱，易发生较大变形，导致加工损伤易发多发。此外，热塑性基体的高塑性使得CFRTP加工过程中的材料去除行为和损伤形式与CFRP存在明显差异。可见塑性是CFRTP的一个重要特征且不可忽略。为了准确描述热塑性基体的塑性对纤维约束及CFRTP切削过程的影响，本文建立了虑及基体弹塑性特性的CFRTP切削力学模型，采用“弹簧-圣维南体”串联模型来表征脆性纤维与高韧热塑性基体之间的约束关系，并基于地基梁理论和最小势能原理，量化分析了基体的弹塑性特性对纤维所受约束的影响。最后以典型的CFRTP-碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)为对象，理论与实验分析了切削深度对宏观切削力和面下损伤的影响。结果表明，该模型能够较好地预测CF/PEEK的宏观切削力和面下损伤。在分析范围内，模型对主切削力和推力的平均预测误差分别为11.50%和7.32%；对面下损伤的平均预测误差为2.88%。与未考虑基体弹塑性特性的算法相比，考虑基体弹塑性特性的模型所预测的宏观切削力更接近实验结果。

来源：2025年第7期

《机械工程学报》期刊编辑部

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