碳纤维增强树脂基复合材料加工技术研究(2)
6 车削试验方案设计与数据分析38
6.1 试验准备38
6.2 试验方案39
6.3 车削试验的数据记录40
6.4 车削试验的切削力变化趋势分析42
6.5切削力的多元线性回归分析43
6.6 本章小结46
结论 47
致谢 48
参考文献49
1 引言
复合材料（Composite Materials），是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求[1]。按增强材料的不同，复合材料可分成：颗粒增强复合材料、晶须增强复合材料、纤文增强复合材料三类。本文重点探讨的是纤文增强复合材料中的碳纤文增强树脂基复合材料（CFRP）。
碳纤文具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高导热、低热膨胀、耐化学辐射等特性，此外还具有纤文的柔顺性和可编性，比强度和比模量优于其他无机纤文。但碳纤文性脆、抗冲击和高温抗氧化性差[2]。树脂基体的主要作用是将所承受应力均匀传递并分配到各根碳纤文上，以及把碳纤文黏结成为一个整体，抵抗载荷下的破坏和变形。此外，树脂基体还保护碳纤文避免磨损，并使碳纤文避免与潮湿环境接触。因此，基体树脂除了使碳纤文的力学性能得以发挥外，还决定了复合材料的耐湿性和化学稳定性等其他性能。
1.1 碳纤文复合材料的应用及发展
碳纤文被誉为“黑色黄金”，是上世纪60年代初发展起来的一种含碳量大于90%的新型材料，具有高强度、重量轻等优异性能，适用于机械加工、汽车零件制造、建筑材料、家电等传统领域，同时在航空航天、风电、海洋工程、生物医药等领域的应用比例也在迅速提高[3]。
航空航天方面：美国波音“787”的主机翼由三菱重工业制造，碳纤文复合材料(CFRP)占整体重量的50%，通过替代铝合金等材料，重量比现有机型“767”减轻了20%改善了燃效[3]。汽车方面：与传统材料相比，CFRP具有比强度高、比模量高、质量轻、抗疲劳性能好及减振性能优良等诸多优点，其在汽车上的主要应用为：车身、底盘传动系统、压气机叶轮、制动器衬片、传动轴等[4]。体育运动方面：碳纤文增强复合材料储能小腿假肢已经应用于竞技运动中，如“刀锋战士”的“印度豹”运动假肢、冰岛奥索公司的“长跑飞毛腿”运动假肢[5]。
1.2 国内外碳纤文增强复合材料加工技术研究现状
1.3 论文主要研究内容
材料的高性能给加工带来了很大困难，在一定程度上制约了碳纤文材料的推广应用。本文主要研究CFRP板料的台阶面铣削加工、钻削加工和CFRP棒料的车削加工。
论文主要工作内容包括：
（1）CFRP板料铣削加工铣削方式分析：通过设计的铣削试验，研究顺铣和逆铣两种加工方法对CFRP加工质量的影响，根据铣削力大小择优进行下一步试验。
（2）CFRP板料铣削加工铣削参数分析与优化：通过设计的铣削试验，选用第一步的较优铣削方法铣削试件，采用正交试验研究铣削参数对铣削力的影响。从铣削力角度，分析并优化CFRP板料的平面铣削加工方案，为CFRP板料的平面铣削加工加工提供参考，通过回归分析得到铣削力的计算公式并进行验证。
（3）CFRP板料钻孔加工钻削参数分析：通过设计的全因素钻孔试验，研究切削速度和进给速度对轴向力的影响，利用Excel进行方差分析和回归分析，得到轴向力的经验公式。
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