[发明专利]一种用于CFRP单向层合板加工缺陷分析的试验方法

说明书

一种用于CFRP单向层合板加工缺陷分析的试验方法，其特征在于，采用碳纤维预浸布料制成的具有不同纤维方向角的多个试件进行正交飞切试验，然后通过扫描电子显微镜对切削后的试件的材料断口进行摄影观察并获得影像资料，为CFRP的切削去除机理的研究提供实验数据基础。本发明采用单点飞切的方式研究CFRP在切断过程中的材料表面形貌变化规律，主要关注不同纤维方向角条件下碳纤维的切断规律，从宏观、微观形貌两方面解释碳纤维切削加工的断口形成机理，并基于此得到不同纤维方向条件下CFRP单向层合板进出口缺陷的形成机理，从而为在CFRP材料的切削加工过程中减少加工缺陷的产生，避免加工缺陷导致的构件加工质量事故提供了实验和理论基础。

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分析，具体涉及一种用于CFRP单向层合板加工缺陷分析的试验方法，属于机械切削技术领域。

背景技术

随着全球航空业的快速发展，无论是强调飞行性能的军机，还是强调安全、经济、环保、舒适的民机，更轻、更强的复合材料化的飞机结构已经成为大势所趋。在过去几十年里碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP)已快速发展成为航空结构件的主流材料。CFRP材料的切削加工过程与传统的单相金属材料有着明显的区别，这主要是由CFRP材料显著的各向异性而造成的。CFRP材料由增强相材料和基体相材料组成，其中增强相材料具有硬脆难加工特性，其切削过程一般为受到刀具的挤压之后发生脆性断裂，因而易造成刀具的恶劣载荷和剧烈磨损；基体相材料具有软塑难加工特性，其切削过程中材料的分离过程则存在有大塑性变形过程，尤其是在切削温度的影响下极易丧失基体材料原有的强度和硬度，并使得增强相材料材料失去应有的保护和支撑，导致分层、毛刺、撕裂等现象的发生，从而产生各种加工缺陷。

CFRP材料的显著各向异性使得切削加工领域必须面对新的挑战，为了在CFRP材料的切削加工过程中消除产生加工缺陷的因素，避免加工缺陷导致的构件加工质量事故，因此，对CFRP加工缺陷进行分析研究，关注不同纤维方向角条件下CFRP的切断规律，从宏观和微观两方面观察CFRP加工切断过程中断口表面形貌变化的规律，并由此得到不同纤维方向条件下CFRP单向层合板加工缺陷的形成机理，从各向异性的角度重新建立CFRP材料切削过程的解释理论体系，对我国航空制造业开展高水平、大用量的CFRP材料应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种全用于CFRP单向层合板加工缺陷分析的试验方法，通过创新切削试验的方法，对CFRP单向层合板的加工缺陷进行分析，为CFRP切削加工，包括纤维切断分离方式、纤维断口形貌和缺陷形成机理的研究提供数据基础。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种用于CFRP单向层合板加工缺陷分析的试验方法，其特征在于，采用碳纤维预浸布料制成的具有不同纤维方向角的多个试件进行正交飞切试验，然后通过扫描电子显微镜对切削后的试件的材料断口进行摄影观察并获得影像资料，为CFRP的切削去除机理的研究提供实验数据基础。

进一步地，所述的多个试件的纤维方向角的范围为0°～180°，依次相隔15°。

进一步地，所述的碳纤维预浸布料是由碳纤维丝束与树脂浸渍在一起所形成的布料状碳纤维增强复合材料。

进一步地，所述的正交飞切试验是在平面磨床上完成的，包括将飞切刀具安装在该平面磨床的主轴上，所述试件安装在固定不动的工作台上，所述主轴旋转带动飞切刀具做单点飞切运动。

进一步地，所述的飞切刀具包括正交飞刀和飞刀盘，该正交飞刀安装在所述飞刀盘上；所述的正交飞刀为锥形，锥顶角为100°，刀尖的圆半径在60μm以内。

进一步地，所述的CFRP的切削去除机理包括各向异性下材料加工断口形貌变化规律、材料切断分离方式和加工缺陷形成机理。

进一步地，所述试验方法包括如下具体步骤：