机械工程学报

作者：陈光, 刘见, 戈家影, 秦旭达, 邹云鹤, 任成祖

单位：1. 天津大学教育部机构理论与设备设计重点实验室 天津 300354;2. 天津大学天津市装备设计与制造技术重点实验室 天津 300354

关键词：CFRP复合材料,超声振动,螺旋铣孔,工艺参数,制孔质量；

基金：国家自然科学基金资助项目（51575384、51675369）。

碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced polymer/plastic，CFRP）因其较高的比强度、耐腐蚀性、耐疲劳性等优异性能，被广泛应用于航空航天领域，但作为各向异性的难加工材料，制孔过程易产生损伤。针对CFRP超声振动辅助螺旋铣孔质量为研究内容，首先建立了轴向超声辅助螺旋铣孔的运动学方程，对与孔壁接触的侧刃的切削轨迹、速度、超声辅助螺旋铣孔过程侧刃的有效前角进行了求解。分析了有无超声振动条件下CFRP孔表面的纤维断裂及材料去除机理，在切削角度为0～45°范围内，螺旋铣纤维主要承受拉伸应力，而超声辅助螺旋铣条件下纤维承受变向剪切作用，纤维易断裂且与基体脱粘现象显著降低。此外，研究了工艺参数（轴转速、螺距、切向每齿进给量）对CFRP超声振动辅助螺旋铣孔切削力和切削温度的影响规律。结合切削力、热、切削刃与刀具的相对位移、运动速度及有效前角的变化，分析了工艺参数对毛刺、分层损伤及出入口孔径的影响机制。研究表明由于超声振动的存在，工艺参数影响刀具与工件的接触及分离属性、刀具的有效前角，从而影响切削过程中的力、热的变化，进而影响制孔质量。

来源：2021年第1期

《机械工程学报》期刊编辑部

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