本發(fā)明涉及碳纖維層合板復(fù)合材料銑削加工領(lǐng)域，具體涉及一種抑制碳纖維層合板銑削毛刺的切削角度獲取方法。
背景技術(shù)：
：碳纖維層合板擁有高比強(qiáng)度、高比模量、耐腐蝕性強(qiáng)、密度小以及優(yōu)良的抗疲勞性等諸多有優(yōu)點(diǎn)，目前在飛行器制造技術(shù)中，碳纖維層合板的應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢。該材料多相多層的特點(diǎn)決定了它的特殊性，與其他單相金屬材料不同，對于這種材料的加工有較大的難度，其加工特點(diǎn)主要有以下幾方面：1)它是一種具有分層結(jié)構(gòu)的多相固體材料，每層預(yù)浸料之間的剪切和彎曲強(qiáng)度較低，在加工時易出現(xiàn)分層等缺陷；2)由于這種材料是由多層預(yù)浸料按照不同的纖維角度鋪疊而成，所以它是一種非勻質(zhì)材料，在材料性能上表現(xiàn)出各向異性，在切削時，刀具同時切削樹脂基材和碳纖維的增強(qiáng)材料，所以切削過程中，會很容易出現(xiàn)纖維被拉斷的情況，產(chǎn)生毛刺現(xiàn)象；3)這種材料的硬度很高，且具有良好的抗疲勞和耐磨損性能，同時，它的導(dǎo)熱性能極差，加工時會產(chǎn)生大量的熱量，且容易集聚在切削處不易排散，所以在加工時，會對加工刀具造成較大的磨損，而且產(chǎn)生的熱量還可能對材料表面造成灼傷。國內(nèi)外諸多學(xué)者對碳纖維層合板的銑削技術(shù)進(jìn)行了研究。畢銘智等人通過對單向碳纖維層合板切削進(jìn)行實(shí)驗研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)纖維方向角度與刀具運(yùn)動方向平行時切削加工表面質(zhì)量最好。大連理工大學(xué)李志凱等人對纖維方向?qū)η邢髁蛯Ρ砻尜|(zhì)量方面分別進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)切削力在纖維角度呈45°時達(dá)到最大。表面質(zhì)量方面，當(dāng)纖維方向角度為0°時工件表面質(zhì)量最好，當(dāng)纖維方向角度為45°時工件表面毛刺最嚴(yán)重。Nayak和Bhatnagar等對不同材料性能的碳纖維層合板進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在碳纖維層合板在機(jī)械加工過程中最常出現(xiàn)的質(zhì)量問題既是纖維的拉出和破壞。目前針對碳纖維層合板的研究絕大多數(shù)都是針對纖維方向進(jìn)行，研究結(jié)果表明銑削進(jìn)給方向與纖維束方向呈一定角度時，可獲得較好的銑削質(zhì)量。這種銑削要求材料的所有纖維束鋪向保持一致，才能在加工中實(shí)現(xiàn)這種加工。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，碳纖維層合板每層的纖維方向各不相同，在銑削時，無法滿足每層的纖維角度呈理想狀況，需要從改善銑削狀態(tài)的方式抑制切削毛刺。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種抑制碳纖維層合板銑削毛刺的切削角度獲取方法，通過改變刀具與層壓板的角度關(guān)系，實(shí)現(xiàn)銑削狀態(tài)優(yōu)化，用這種加工方法抑制加工中產(chǎn)生的毛刺，不需要對機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，具有操作方便簡單，計算效率高，實(shí)用性好等優(yōu)點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種抑制碳纖維層合板銑削毛刺的切削角度獲取方法，包括以下步驟：步驟1：構(gòu)建銑削毛刺與切削力角度的關(guān)系模型，計算切削力平行于碳纖維層的切削角度；步驟2：以計算所得的切削角度為基準(zhǔn)，設(shè)計切削角度單因素正交實(shí)驗，測量銑削毛刺的最大長度及出現(xiàn)概率；步驟3：通過實(shí)驗結(jié)果對比，選取指定工藝條件下，能有效抑制碳纖維層合板銑削毛刺的切削角度。進(jìn)一步的，通過計算理論切削角度，使得切削力平行于碳纖維層。進(jìn)一步的，通過開展以理論切削角度為基準(zhǔn)的正交實(shí)驗，對指定工藝條件下的毛刺缺陷進(jìn)行對比，通過理論與實(shí)驗相結(jié)合的方法，選取有效的銑削切削角度，抑制碳纖維層合板銑削毛刺。進(jìn)一步的，還包括步驟4：采用計算好的刀具側(cè)傾角度進(jìn)行驗證試驗，得到刀具側(cè)傾銑削方法在碳纖維層合板復(fù)合材料銑削中對毛刺抑制的有效性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：在加工碳纖維層合板復(fù)合材料時，刀具呈一定角度的側(cè)傾銑削，對避免毛刺和減小缺陷長度等方面有著較為積極的影響。側(cè)傾角β在趨近于刀具螺旋角θ的某一數(shù)值時獲得最好的切削結(jié)果。最佳側(cè)傾角β值的確定需要結(jié)合指定工況及使用的刀具進(jìn)行試驗測定。附圖說明圖1是碳纖維層合板結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是碳纖維層合板銑削分析。圖3是碳纖維層合板切削時受力示意圖。圖4是在切削角度β＞0°的銑削方式說明。圖5是在切削角度β＝0°的銑削方式說明。圖6是不同切削角度的毛刺缺陷長度占比。圖7是不同切削角度的最長毛刺長度。圖8是刀具側(cè)傾角分別為0°時銑削效果放大圖。圖9是刀具側(cè)傾角分別為20°時銑削效果放大圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，本發(fā)明方法包括構(gòu)建銑削毛刺與切削力角度的關(guān)系模型，計算切削力平行于碳纖維層的切削角度。碳纖維層合板是由多層的預(yù)浸料按照不同的纖維方向鋪疊而成，預(yù)浸料由增強(qiáng)材料碳纖維和基體材料樹脂復(fù)合而成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。碳纖維層合板的銑削過程如圖2所示。可以看出，由于刀具本身螺旋角的關(guān)系，在刀齒切削材料時，材料受到的銑削力為F，其方向垂直于刀齒的前刀面，將其分解為沿刀具進(jìn)給方向的F1和垂直于工件表面的F2。在這種銑削方式下，F(xiàn)1提供有效的剪切力用以剪斷碳纖維，分力F2的存在會使工件在縱向產(chǎn)生振動，從而影響銑削質(zhì)量。為了得到更好的銑削質(zhì)量，要求在銑削過程中盡可能的增大F1而減小F2。式中：θ為刀具螺旋角。刀具側(cè)傾銑削是指刀具在刀具路徑的法平面內(nèi)與刀具路徑法向之間保持一定夾角進(jìn)行銑削的方法。圖3為側(cè)傾銑削狀態(tài)下刀具切削碳纖維層合板時的受力情況。在刀齒切削材料時，材料受到的銑削力為F'，其方向垂直于刀齒的前刀面，將其分解為沿刀具進(jìn)給方向的F1'和垂直于工件表面的F2'，由此可得：由此公式可以看出，隨著側(cè)傾角β的增大，F(xiàn)1'不斷增大，F(xiàn)2'不斷減小。當(dāng)β＝θ時，F(xiàn)1'達(dá)到最大，F(xiàn)2'達(dá)到最小，此時在理論上達(dá)到最優(yōu)銑削狀態(tài)。因此，為了抑制切削毛刺，要求在銑削過程中盡可能的增大F1而減小F2，即理論計算的切削角度為β＝θ。以計算所得的切削角度為基準(zhǔn)，設(shè)計切削角度單因素正交實(shí)驗，測量銑削毛刺的最大長度及出現(xiàn)概率。以計算所得的加工角度β為基準(zhǔn)，按照單因素正交實(shí)驗設(shè)計方法設(shè)計正交實(shí)驗。試驗工況按照實(shí)際實(shí)際生產(chǎn)工況來制定，正交實(shí)驗表如表1所示。表1切削角度正交實(shí)驗序號機(jī)床轉(zhuǎn)速(n)進(jìn)給速度(f)徑向切深(ae)側(cè)傾角度(β)1nfae0°2nfaeθ-25°3nfaeθ-20°4nfaeθ-15°5nfaeθ-10°6nfaeθ-5°7nfaeθ8nfaeθ+10°表1中的側(cè)傾角度水平值的差值建議選取5°，可以用盡可能少的試驗次數(shù)找到較為理想的角度值，也可以根據(jù)實(shí)際要求減少或者增大這個差值，差值越小，工作量越大，得到的精度越高。差值越大，工作量越小，精度越低。完成試驗后，采用數(shù)字式萬能工具顯微鏡在放大50倍的情況下，測量銑削毛刺的最大長度及出現(xiàn)概率。(注：可根據(jù)具體的試驗設(shè)備情況提高放大倍數(shù)，以提供精確的測量條件)毛刺的最大長度通過數(shù)字式萬能工具顯微鏡直接量取，毛刺出現(xiàn)概率通過下式計算所得：通過實(shí)驗結(jié)果對比，選取指定工藝條件下，能有效抑制碳纖維層合板銑削毛刺的切削角度，將測得的試驗結(jié)果整理如表2所示。表2試驗結(jié)果通過對試驗結(jié)果進(jìn)行圖標(biāo)分析，找到適合指定工況的有效抑制毛刺的切削角度。表3是通過數(shù)字式萬能工具顯微對側(cè)傾角度銑削試件的測量結(jié)果。表3試驗結(jié)果圖6至圖9是角度對缺陷抑制情況的說明。從中可以看出合理選擇切削角度對毛刺的抑制有明顯的效果，表明了本發(fā)明的有效性。當(dāng)前第1頁1 2 3