【摘 要】
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芳纶纤维增强复合材料（AFRP）作为一种新型结构材料,具有许多优异特性,现已广泛应用于各个行业。鉴于其区别于金属材料的使用性能和工艺性能,采用常规加工工艺切削加工AFRP时切削温度高、铣削力大,极易出现对构件加工质量和使用寿命产生不良影响的撕裂、毛刺、分层等加工缺陷和严重的刀具磨损问题,很难满足产品构件尺寸精度和配合精度的需求,因此对AFRP切削加工刀具及相关技术的研究至关重要。本文研究内容主要包
【基金项目】
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国家自然科学基金——基于控形控性的芳纶纤维复合材料刀具设计及确定性加工研究（51975006）；
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芳纶纤维增强复合材料（AFRP）作为一种新型结构材料,具有许多优异特性,现已广泛应用于各个行业。鉴于其区别于金属材料的使用性能和工艺性能,采用常规加工工艺切削加工AFRP时切削温度高、铣削力大,极易出现对构件加工质量和使用寿命产生不良影响的撕裂、毛刺、分层等加工缺陷和严重的刀具磨损问题,很难满足产品构件尺寸精度和配合精度的需求,因此对AFRP切削加工刀具及相关技术的研究至关重要。本文研究内容主要包括以下几个部分:（1）通过分析AFRP的组成和各相特点,建立了芳纶纤维束分析模型,通过数学公式推导出了增强纤维强度与应变率之间的函数关系,并预测了纤维弹性常数;总结了芳纶纤维复合材料在各不同方向上的强度失效准则;建立了芳纶纤维复合材料铣削力模型。（2）阐述了FRP专用切削刀具技术的研究进展,论证了不同刀具材料、刀具涂层、特殊刀具结构和补偿工艺对刀具效能的影响,总结出FRP专用刀具应具备“锋利为主,强韧兼顾,抵消轴向”的结构和性能特点;综合考虑刀具耐磨性、抗疲劳冲击性、导流排屑性和导热性等因素,基于“控形控性”刀具设计理念,结合一系列辅助工艺,提出了FRP专用切削刀具总体设计原则和思路方法。（3）通过AFRP微铣削试验结果,对刀具磨损形式和形态进行系统研究,探索不同切削参数对刀具磨损的影响,分析微铣削AFRP时刀具磨损机理。结果表明:AFRP微铣削刀具主要磨损形式按顺序依次是刀尖破损、涂层剥落、磨粒磨损和工件材料粘结。切削参数中切削速度对刀具磨损影响最大,刀具磨损量随切削速度的增大而增大,且随切削体积增加刀具磨损率越高,Vc=34.56m/min时可获得较小的刀具磨损和较高的加工效率;进给速度影响次之,刀具磨损量随进给速度的增大而减小,Vf=0.09m/min时刀具磨损较小;铣削深度对刀具磨影响很小。通过对铣削力微观波形的分析,发现了单齿切削现象。
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