一种碳纤维构件轮廓铣削损伤抑制方法技术

本发明专利技术涉及数控铣削加工技术领域，公开了一种碳纤维构件轮廓铣削损伤抑制方法，本方法首先通过试验获取刀具的轴向切削力，并对轴向切削力施加安全裕度，接着通过试验获取碳纤维复合材料层间结合力，然后建立刀具轴向切削力与层间结合力之间的关系，最后确定刀具摆角范围，在加工时，数控加工程序中控制刀具摆角范围不超过限定值。本发明专利技术通过建立切削轴向力与碳纤维层间结合力之间的关系，从而确定不会造成碳纤维构件轮廓铣削分层损伤的刀具切削摆角范围，最终在加工过程中通过限定刀具摆角范围，避免了碳纤维构件轮廓铣削过程中的分层损伤。伤。伤。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维构件轮廓铣削损伤抑制方法


[0001]本专利技术涉及数控铣削加工
，具体涉及一种碳纤维构件轮廓铣削损伤抑制方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强复合材料（CFRP）具有比强度高、比刚度高、质量轻、耐疲劳以及耐腐蚀等优良特性，被广泛应用于现代航空、航天等高端装备领域。为了满足装配及连接等要求，碳纤维增强复合材料铺叠、固化成型后，需要进行数控切削加工。然而，由于碳纤维复合材料各向异性以及导热性能差的特性，传统菠萝铣刀在高速切削条件下的刀具过热与磨损严重，加工质量不稳定，在实际加工过程中，加工参数仅为300mm/min，寿命为5.6m，极大的制约了碳纤维构件高质高效加工需求。因此，针对传统菠萝铣刀加工效率、寿命低的问题，专利ZL202120985831.4提出了一种碳纤维轮廓高速加工刀具，与传统菠萝铣刀不同的是刀具结构为直齿波浪结构，在加工时通过三个波浪形刃口交错结构并依靠锋利的切削刃挤压破坏材料从而达到材料去除的目的，通过工程化应用，该刀具的切削速度可达4000mm/min，刀具寿命可达70mm，与传统菠萝铣刀相比，其加工效率与寿命大幅提升。但是上述直齿波浪铣刀大摆角加工时，其轮廓边缘常常会出现分层、撕裂等损伤，从而导致加工的零件结构强度低，甚至零件直接报废。

技术实现思路

[0003]为了解决上述现有技术中存在的问题和不足，本专利技术提出了一种碳纤维构件轮廓铣削损伤抑制方法，通过建立切削轴向力与碳纤维层间结合力之间的关系，从而确定不会造成碳纤维构件轮廓铣削分层损伤的刀具切削摆角范围，最终在加工过程中通过限定刀具摆角范围，避免了碳纤维构件轮廓铣削过程中的分层损伤。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案具体如下：一种碳纤维构件轮廓铣削损伤抑制方法，包括如下步骤：步骤S1.通过试验获取刀具的轴向切削力，并对轴向切削力施加安全裕度；步骤S2.获取碳纤维复合材料层间结合力；步骤S3.建立刀具轴向切削力与层间结合力之间的关系；步骤S4.确定刀具摆角范围，在加工时，数控加工程序中控制刀具摆角范围不超过限定值。
[0005]进一步地，所述步骤S1，包括：步骤S101.通过刀具垂直于构件进行切削获取切削力，并计算构件轮廓单位厚度切削力大小 ；
其中，为构件的厚度，为构件轮廓单位厚度切削力；步骤S102.当刀具的摆角为时，刀具与碳纤维构件轮廓线的接触长度变为；此时，刀具的切削力变为；步骤S103.通过力的分解，此时刀具的轴向切削力为；对该刀具轴向切削力施加安全裕度。
[0006]进一步地，所述步骤S2，包括：通过试验获取同一炉批次的材料层间结合力，去除异常数据后取平均值作为碳纤维复合材料层间结合力。
[0007]进一步地，所述步骤S3，包括：当刀具的轴向切削力小于碳纤维复合材料的层间结合力时，刀具摆角切削不会造成碳纤维构件轮廓的铣削分层，即；其中，为安全裕度，为刀具的轴向切削力，为碳纤维复合材料层间结合力。
[0008]进一步地，所述步骤S4，包括：根据刀具轴向切削力与层间结合力之间的关系，确定摆角范围的上下限如下；其中，为安全裕度，为构件轮廓单位厚度切削力，为构件的厚度。
[0009]进一步地，所述步骤S1中，安全裕度的值由刀具磨损前与磨损后的切削力变化而确定。
[0010]本专利技术的有益效果：（1）本专利技术针对直齿波浪铣刀摆角加工碳纤维构件轮廓时存在的分层损伤问题，特别的提出了一种避免分层损伤的碳纤维构件轮廓铣削损伤抑制方法。本专利技术通过建立切削轴向力与碳纤维层间结合力之间的关系，从而确定不会造成碳纤维构件轮廓铣削分层损
伤的刀具切削摆角范围，最终在加工过程中通过数控加工程序限定刀具摆角范围，避免了碳纤维构件轮廓铣削过程中的分层损伤。
[0011]（2）本专利技术针对直齿波浪铣刀在铣削过程中，对碳纤维构件轮廓铣削的损伤抑制具有明显的效果。
附图说明
[0012]本专利技术的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：图1为本专利技术方法流程图；图2为本专利技术实施例直齿波浪铣刀摆角加工切削力分解图；图3为本专利技术实施例切削刃上的切削力分解图；图4为本专利技术实施例层间结合力与切削力关系图；图5为本专利技术实施例X方向切削力试验结果图；图6为本专利技术实施例Y方向切削力试验结果图；图7为本专利技术实施例Z方向切削力试验结果图。
[0013]附图中：1、直齿波浪铣刀；2、碳纤维构件；3、直齿波浪铣刀刀刃；4、切削刃微元；5、切削材料微元；6、界面层；7、复合材料层；8、摆角。
具体实施方式
[0014]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将通过几个具体的实施例来进一步说明实现本专利技术专利技术目的的技术方案，需要说明的是，本专利技术要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0015]实施例1碳纤维复合材料具有各向异性以及导热性能差的特性，传统的菠萝铣刀在高速切削条件下的刀具过热与磨损严重，加工质量不稳定，在实际加工过程中，加工参数仅为300mm/min，寿命为5.6m，极大的制约了碳纤维构件高质高效加工需求。因此，针对传统菠萝铣刀加工效率、寿命低的问题，现有技术提出了一种直齿波浪结构的碳纤维轮廓高速加工刀具，与传统菠萝铣刀不同的是，该刀具结构为直齿波浪结构，在加工时通过三个波浪形刃口交错结构并依靠锋利的切削刃挤压破坏材料从而达到材料去除的目的，与传统菠萝铣刀相比，其加工效率与寿命大幅提升。但是该直齿波浪结构的铣刀在大摆角加工时，其轮廓边缘常常会出现分层、撕裂等损伤，从而导致加工的零件结构强度低，甚至零件直接报废。
[0016]基于此，本专利技术的实施例针对直齿或斜齿波浪结构的碳纤维轮廓高速加工刀具，提出了一种碳纤维构件轮廓铣削损伤抑制方法，本方法通过建立切削轴向力与碳纤维层间结合力之间的关系，从而确定不会造成碳纤维构件轮廓铣削分层损伤的刀具切削摆角范围，最终在加工过程中通过限定刀具摆角范围，避免了碳纤维构件轮廓铣削过程中的分层损伤。
[0017]参照说明书附图1，所述方法具体包括如下步骤。
[0018]步骤S1.通过三方向切削力试验获取刀具的轴向切削力，并对轴向切削力施
加安全裕度。
[0019]在本实施例中，获取刀具轴向切削力的过程具体如下：步骤S101.获取单位厚度切削力大小通过刀具垂直于构件进行切削，从而获取刀具的切削力，并根据下列计算表达式得到构件轮廓单位厚度的切削力大小；其中，为构件的厚度， 为构件轮廓单位厚度切削力；步骤S102.计算刀具摆角时，构件轮廓的切削力当刀具的摆角为时，刀具与碳纤维构件轮廓线的接触长度变为；此时，刀具的切削力则变为；步骤S103.轴向力分解通过力的分解，通过下列计算表达式计算此时刀具的轴向切削力，并对该轴向切削力施加安全裕度 。
[0020]在本实施例中，需要说明的是，通过三方向切削力试验获得刀具的轴线切削力属于本领域技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维构件轮廓铣削损伤抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1.通过试验获取刀具的轴向切削力，并对轴向切削力施加安全裕度；步骤S2.获取碳纤维复合材料层间结合力；步骤S3.建立刀具轴向切削力与层间结合力之间的关系；步骤S4.确定刀具摆角范围，在加工时，数控加工程序中控制刀具摆角范围不超过限定值。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维构件轮廓铣削损伤抑制方法，其特征在于，所述步骤S1，包括：步骤S101.通过刀具垂直于构件切削获取切削力，并计算构件轮廓单位厚度切削力大小 ；其中，为构件的厚度，为构件轮廓单位厚度切削力；步骤S102.当刀具的摆角为时，刀具与碳纤维构件轮廓线的接触长度变为；此时，刀具的切削力变为；步骤S103.通过力的分解，此时刀具的轴向切削力为；对该刀具轴向切削力施加安全裕度。3.根据权利要求1所述的一种碳纤维构件轮廓铣削损伤抑制方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡智钦，陶义建，袁信满，龚清洪，侯珺森，周进，罗潘，王志超，胡立，石佳林，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：