[发明专利]一种研究加工碳纤维复合材料去除机理的实验方法

摘要

本发明属于微观切削领域，提供一种研究加工碳纤维复合材料去除机理的实验方法。本发明首先制备符合要求的样件和切削刃钝圆；把刀具固定在三向测力仪上，刀具的不同刃具有不同的钝圆半径，实现切削过程中切削刃钝圆半径的变化；样件固定在微米级进给机构上，实现切削过程中切深的变化；通过控制直线电机的运动速度，实现不同切削速度的切削，切削过程中用显微摄像头观察纤维形态变化，用三向测力仪测出切削力。本发明简单，可靠性高，安装定位方便；将观察切削过程中纤维的形态变化与力的测量合为一体，效率高。

主权项

1.一种研究加工碳纤维复合材料去除机理的实验方法，其特征在于，该实验方法利用特定的制作工艺制作碳纤维预浸料切削实验样件(10)和切削刃钝圆；利用三向测力仪(3)实时测出切削过程中的力；利用显微摄像头(9)观察在切削过程中纤维形态的变化；通过微米进给机构(15)实现微米级切深；通过更换刀柄(4)上的三角形机夹刀片(7)，完成不同切削刃钝圆半径的实验；通过控制直线电机(14)的速度，达到不同切削速度的实验目的；实验方法的具体步骤如下：第一步，制备碳纤维预浸料切削实验样件(10)，制作工艺如下：1.1)先制作用于固化碳纤维预浸料切削样件的模具，所述的模具包含模具框架(17)和模具底板(18)，由密封胶粘接；模具框架(17)的短边两侧各有四条宽度为0.2mm的窄缝，窄缝宽度与碳纤维预浸料厚度相同，且模具框架(17)两侧的每两条窄缝在同一直线上；1.2)将碳纤维预浸料裁剪成条形碳纤维预浸料(19)，在常温下让其固化；所述的条形碳纤维预浸料(19)长度与模具长边长度相同；条形碳纤维预浸料(19)厚度与窄缝宽度相同；条形碳纤维预浸料(19)宽度为1mm；1.3)将步骤1.2)固化后的条形碳纤维预浸料(19)放入模具框架(17)的窄缝中，条形碳纤维预浸料(19)端部用密封胶与窄缝粘接密封，再将环氧树脂和环氧树脂固化剂按4：1的比例混合搅匀后倒入模具中进行固化，当树脂上表面与模具上表面齐平时停止倒入树脂和固化剂；用超声清洗器除去固化过程中产生的气泡，固化结束后，样件(10)制备完成；第二步，刃磨三角形机夹刀片(7)，保证切削刃钝圆符合条件采用万能工具磨床刃磨三角形机夹刀片(7)，刃磨过程中用超景深显微镜测量三角形机夹刀片(7)的切削刃钝圆的轮廓，再经过最小二乘圆拟合数据处理方法得到切削刃钝圆的半径，由于不能一次达到所需要的切削刃钝圆半径，因此采用刃磨‑观测‑修磨‑再观测的重复刃磨方式，当切削刃钝圆的半径达到5‑10微米，停止刃磨；第三步，在工作台上安装刀具将三向测力仪(3)通过压板机构固定在工作台(1)上；刀柄通过螺栓固定在三向测力仪( 3) 上；三角形机夹刀片(7)通过压紧螺栓(5)和压板(6)安装在刀柄(4)上；第四步，在工作台上安装磨削装置将电动机(12)固定安装在工作台(1)上，砂轮(13)安装在电动机(12)上，砂轮(13)用于磨削样件(10)，保证样件(10)端面平整；直线电机(14)通过螺栓固定在工作台(1)上；所述的砂轮(13)到直线电机(14)的距离与三角形机夹刀片(7)的刀尖到直线电机(14)的距离相等，且砂轮(13)和三角形机夹刀片(7)的刀尖在同一平面内；第五步，安装样件将样件(10)放入工件夹具(11)中，工件夹具(11)固定在微米进给机构(15)上，微米进给机构(15)固定在直线电机工作台(16)上；第六步，安装观测装置将竖直导轨(2)和直线电机(14)均固定安装在工作台(1)上，二者位于三向测力仪(3)的两侧，保证三向测力仪(3)的端面与直线电机(14)的导轨平行，直线电机(14)用于带动样件(10)沿直线运动；将滑动支架(8)通过两个燕尾形导轨与竖直导轨(2)滑动连接，滑动支架(8)能够固定在竖直导轨(2)的任一位置；将显微摄像头(9)安装在滑动支架(8)上，显微摄像头(9)与三角形机夹刀片(7)的刀尖对齐；第七步，对样件(10)进行切削6.1)每次切削样件(10)之前，用砂轮(13)将其端部磨削至平整；6.2)通过微米进给机构(15)调整样件(10)与三角形机夹刀片(7)的位置，达到预定的切削深度；接通显微摄像头(9)和三向测力仪(3)的电源，启动直线电机(14)开始切削；切削过程中通过显微摄像头(9)观察条形碳纤维预浸料(19)中纤维形态变化，同时读取三向测力仪(3)记录数据，完成切削力的采集；6.3)更换样件(10)或者三角形机夹刀片(7)，重复步骤6.1)和步骤6.2)。