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玻璃纤维增强复合材料钻削加工试验研究

作　者: 宋中权
导　师: 程寓
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 玻璃纤维增强复合材料轴向力分层 S刃钻尖 PCD麻花钻
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 59次
引　用: 2次
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内容摘要

玻璃纤维增强复合材料具有质量轻、比强度和比刚度大、耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳、热膨胀系数低等优点,广泛应用于航空、航天、体育、特种车辆等领域。但由于其各向异性、导热性差、层间强度低等特点,钻孔加工时易产生抽丝、分层、撕裂等缺陷,制约了复合材料的推广应用。本文对玻璃纤维增强复合材料钻削技术进行了研究,为其在特种车辆上的应用提供技术支持。分析了复合材料切削过程中的切削力、切削热和切屑的形成过程,结果表明切屑的形成与纤维方向角有关。并对分层机理进行了理论研究,介绍了分层检测的方法和评价指标,提出了分层等缺陷的抑制方法。通过玻璃纤维增强复合材料的钻削试验,探讨了垫板、横刃、涂层等参数对轴向力和分层的影响,并建立了进给速度、主轴转速、钻头直径等因素的轴向力经验公式。选用S刃钻尖TN涂层麻花钻对玻璃纤维增强复合材料进行孔加工试验；并运用扫描电子显微镜对孔壁表面进行微观观察,分析玻璃纤维破坏机理和切削表面微观结构特征。试验结果表明,S刃钻尖与普通钻尖麻花钻相比,可以有效减小钻削轴向力,减小分层缺陷的发生。最后还对玻璃纤维增强复合材料高质量孔加工技术进行了试验研究,试验结果表明PCD麻花钻钻孔质量和刀具寿命都优于普通钻尖和S刃钻尖麻花钻,真正实现了高效、高质加工。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
1 绪论  8-17
  1.1 课题背景及研究意义  8-9
  1.2 纤维增强复合材料应用与发展  9-12
  1.3 国内外纤维增强复合材料加工技术研究综述  12-15
    1.3.1 纤维增强复合材料加工技术的研究现状  12-14
    1.3.2 纤维增强复合材料加工存在的问题  14-15
  1.4 论文主要研究内容  15-17
    1.4.1 课题来源和加工材料  15-16
    1.4.2 论文主要工作  16-17
2 玻璃纤维增强复合材料概述  17-26
  2.1 玻璃纤维  17-20
    2.1.1 玻璃纤维分类及成分  17-19
    2.1.2 玻璃纤维的物理及化学性能  19-20
  2.2 树脂  20-22
    2.2.1 热固性树脂  20-21
    2.2.2 热塑性树脂  21-22
  2.3 玻璃纤维增强复合材料  22-25
    2.3.1 玻璃纤维增强复合材料基本构造形式  22-23
    2.3.2 玻璃纤维增强复合材料成型工艺  23-24
    2.3.3 玻璃纤维增强复合材料性能  24-25
  2.4 本章小结  25-26
3 玻璃纤维增强复合材料的切削加工  26-38
  3.1 玻璃纤维增强复合材料切削机理  26-28
    3.1.1 基本假设  26
    3.1.2 切屑与纤维方向角  26-28
  3.2 切削过程分析  28-31
    3.2.1 切削力  29-31
    3.2.2 切削热  31
  3.3 分层和分层检测技术  31-37
    3.3.1 分层机理  31-33
    3.3.2 分层检测技术  33-36
    3.3.3 分层等缺陷的抑制  36-37
  3.4 本章小结  37-38
4 轴向力和分层试验研究  38-50
  4.1 试验材料和刀具  38-40
    4.1.1 试验材料  38-39
    4.1.2 刀具  39-40
  4.2 轴向力和轴向力测定系统  40-42
    4.2.1 轴向力  40-41
    4.2.2 轴向力测定系统  41-42
  4.3 试验结果与分析  42-49
    4.3.1 垫板与轴向力、分层  42-43
    4.3.2 钻头横刃与轴向力、分层  43-44
    4.3.3 钻头涂层与轴向力  44-45
    4.3.4 主轴转速n、进给速度v_f与轴向力  45-46
    4.3.5 钻头直径d、进给量f与轴向力  46-48
    4.3.6 钻型与轴向力  48-49
  4.4 本章小结  49-50
5 S刃钻尖麻花钻钻削GFRP试验研究  50-59
  5.1 试验条件和试验方法  50-51
    5.1.1 试验条件  50-51
    5.1.2 试验方法  51
  5.2 轴向力试验结果分析  51-54
    5.2.1 S刃钻尖与普通钻尖的影响  51-53
    5.2.2 主轴转速n与进给速度v_f的影响  53-54
  5.3 分层结果分析  54-56
    5.3.1 主轴转速n与进给速度v_f的影响  54-55
    5.3.2 轴向力F_s与分层因子F_d  55-56
  5.4 纤维断口形貌和切削表面微观结构  56-58
  5.5 本章小结  58-59
6 PCD钻头钻削GFRP试验研究  59-69
  6.1 试验条件和试验方法  60
    6.1.1 试验条件  60
    6.1.2 试验方法  60
  6.2 轴向力试验结果与分析  60-63
    6.2.1 主轴转速n与进给速度v_f的影响  60-62
    6.2.2 PCD与S刃钻尖  62-63
  6.3 分层结果与分析  63-65
    6.3.1 主轴转速n与进给速度v_f的影响  63
    6.3.2 临界轴向力与分层  63-65
  6.4 纤维断口形貌和切削表面微观结构  65-66
  6.5 PCD麻花钻的失效和刃磨  66-67
    6.5.1 PCD麻花钻的失效  66
    6.5.2 PCD麻花钻的刃磨  66-67
  6.6 本章小结  67-69
7 总结与展望  69-71
  7.1 主要结论  69-70
  7.2 进一步研究方向  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-76
附录  76

玻璃纤维增强复合材料钻削加工试验研究

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