GFRP铣槽加工铣削力及表面粗糙度研究

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1、复合材料加工PROCESSINGFORCOMPOSITESGFRP铣槽加工铣削力及*表面粗糙度研究1,21,21,21,2郑凯，陈燕，晏超仁，梁宇红（1.南京航空航天大学机电学院，南京210016；2.江苏省精密与微细制造技术重点实验室，南京210016）[摘要]铣槽是复合材料较常用的机械加工形式之一。为研究玻璃纤维增强复合材料（GlassFiberReinforcedPlastic，GFRP）铣槽加工中各加工参数对铣削力和表面粗糙度的影响，开展了以主轴转速、进给速度和轴向切深为因素的正交试验，研究铣削力和表面粗糙度的变化规律。并用Matlab软件对铣削力和表面粗糙度的试验数据进行回归分析

2、，建立了铣削力和粗糙度的经验公式，最后通过试验验证铣削力和表面粗糙度经验公式的正确性。结果表明：轴向切深对铣削力影响最大，其次是主轴转速，进给速度对铣削力影响最小；主轴转速对粗糙度的影响最大，其次是进给速度，轴向切深对粗糙度的影响最小。试验结果与铣削力、表面粗糙度经验公式算得的数值对比，误差范围都在20%以内。关键词：铣槽；铣削力；加工参数；回归分析；粗糙度DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2017.16.103GFRP是当今广泛应用的复合材深、增加走刀次数的方式。料之一，具有比强度高、比模量大、热另外，表面粗糙度是工件加工表膨胀系数低和耐腐蚀等优异特性，在面质量指

3、标中的一个重要评价参数，航空航天和社会生产生活中的重要对零件的装配精度也有直接的影响。[6]性正在不断提高。但是，由于GFRPAzmi等对GFRP铣削的正交试验中树脂基体和玻璃纤维增强体材料研究表明，表面粗糙度的影响因素主性能上的差异，导致其加工过程中容要为进给速度，其次为转速，切深基[7]易出现加工质量差、刀具磨损快等问本可以忽略。Mathivanan等认为[1-2]题。在GFRP层压板铣削时需使用较低铣削力是加工过程中不可忽略的进给速度和较高的转速来获得较的因素，力的大小不仅可以反映出刀好的加工质量。具与工件之间的相互干涉程度，还对由于金刚石具有高硬度和高耐加工表面完整性、刀具磨损等都

4、有较磨性，钎焊工艺相比于电镀和烧结可郑凯[3]硕士研究生,研究方向为复合材料大影响。Hu等对单向纤维增强复大大提高金刚石与结合剂之间的结铣磨加工。合材料的磨削力进行了研究，结果表合强度，具有更好的加工性能，延长明磨削力与纤维方向角有关。这一刀具使用寿命，因此钎焊金刚石刀具[4][5]结论也被张秀丽等认可。邢光等作为一种新型的刀具制作方法在国[8]通过金刚石刀具高速铣削CFRP材内外受到广泛关注。料的正交试验，发现在高速切削条件为了能够提高GFRP加工质量*基金项目：南京航空航天大学研究生创新基地（实验室）开放基金项目（kfjj20160506）。下，减小切削力宜采用小进给量和切和刀具耐用度

5、，有必要加深对铣削2017年第16期·航空制造技术103复合材料加工PROCESSINGFORCOMPOSITES力及表面粗糙度的研究，并对各个影响因素进行分析。国内外对于钎焊金刚石铣磨刀具加工研究较少，而且对于粗糙度评价多以二维线粗糙度来评定，并不能很好地反映材料表面的微观形貌。因此，本文使用自制的钎焊金刚石铣磨刀具对GFRP材料进行铣槽加工，研究了加工参数对铣削力和表面粗糙度的影响。表面粗糙度以三维面粗糙度来进行评价，能更准确地反映表面特图1DMGUltrasonic20linear立式数控加工中心征，并建立了铣削力和表面粗糙度Fig.1DMGUltrasonic20linearver

6、ticalCNCmachiningcenter的经验公式，为合理选择GFRP材料加工参数提供依据。吸尘器试验条件与方法刀具试验所用的加工机床为DMGUltrasonic20linear立式数控加工中心，如图1所示。工件装夹如图2所示。试验采用干式切削，并使用吸GFRP材料尘器吸除粉尘，试验中所使用的三虎钳因素四水平正交试验参数如表1所示。测力仪试验所用刀具为自制钎焊金刚石铣磨刀具，直径d=2.6mm，磨粒粒图2工件装夹示意图径90~100μm，排数为6，螺旋角为Fig.2Sketchofworkpiececlamping45°，如图3所示。表1正交试验参数表试验中所用的GFRP材料为主轴转

7、速进给速度轴向切深编织结构，材料为357改性双马参数-1-1n/（r·min）vf/（mm·min）ap/mm来酰亚胺玻璃布板，其垂直层向145002000.2弯曲强度为580MPa，拉伸强度260002500.3420MPa，树脂含量为38%，尺寸为145mm×16mm×6mm。375003000.4试验过程中采用Kistler9272型490003500.5测力传感器、5070A电荷放大器以及相应的数据采集与处理系统