机械工程学报

作者：王帅帅, 段振景, 刘吉宇, 李育恒, 王梓恒, 周瑜阳, 刘新, 宋金龙, 孙晶

单位：大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室 大连 116024

关键词：碳纤维复合材料,微铣削,冷等离子体射流,微量润滑；

基金：国家自然科学基金(51975092)和中央高校基础研究基金(DUT19ZD202)资助项目。

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced polymer，CFRP)具有高强度、耐腐蚀、耐高温等优异性能，其结构具有各向异性和非均匀性，机械加工时易出现纤维撕裂、分层和脱粘等损伤，导致表面质量及使用性能难以满足实际需求。冷等离子体射流中富含活性粒子且宏观温度较低，能有效调控材料特性且不会造成明显损伤。提出采用冷等离子体射流调控CFRP材料的表面浸润性及力学特性，结合微量润滑(Minimum quantity lubrication，MQL)冷却介质辅助微铣削CFRP，实现高质量、低损伤加工。首先通过亲水性改性试验研究射流对CFRP表面浸润性的影响，发现射流能够在40 s内将CFRP表面接触角降低到10°以下，有效提高CFRP的浸润性。然后开展拉伸试验及单颗粒划痕试验研究射流对CFRP力学特性的影响，发现射流作用下CFRP的抗拉强度降低了约17%，同时促进了材料的脆性断裂。最后在不同冷却润滑条件下对CFRP开展微铣削试验，研究了冷等离子体射流及MQL冷却介质对材料切削加工性能的作用效果及机理；结果表明相较于干铣削，冷等离子体射流及MQL冷却介质的复合能场能作用下切削温度降低了28%，切削力降低了10%以上，表面粗糙度降低47%，有效减少已加工表面纤维脱粘、弯曲、撕裂等缺陷，在CFRP等复合材料的辅助加工中有广阔的应用前景。

来源：2024年第9期

《机械工程学报》期刊编辑部

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