基于ABAQUS的CFRP钻径向孔的轴向力研究.pdf

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1、基于ABAQUS的CFRP钻径向孔的轴向力研究口黄耀峰1,2口陈惠贤1,2口-任亚峰z口魏跃斌21．兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室兰州7300502．兰州理工大学机电工程学院兰州73o05O摘要：对碳纤维复合材料钻孔过程中，常常出现毛刺、撕裂、分层等缺陷。针对碳纤维增强树脂基复合材料钻径向孔质量差的问题，建立了碳纤维复合材料圆柱壳段钻径向孔的有限元模型，应用ABAQUS有限元软件对钻孔过程进行仿真，得到碳纤维复合材料钻径向孔时轴向力随切削用量的变化规律。关键词：径向孔碳纤维

2、复合材料圆柱壳段有限元仿真轴向力中图分类号：TH123文献标志码：A文章编号：1000—4998(2016)02—0047—03随着材料科学和航空工业的发展，碳纤维增强型终导致纤维断裂，并与基体分离，完成钻削过程。钻削复合(CFRP)材料由于其高强度、高耐蚀、低密度的优CFRP材料时的切削力_8通常分为以下三个部分。良特性，被广泛应用于军、民用航空器的制造。目前。对(1)克服被加工材料弹塑性变形的抗力。CFRP材料钻削加工的研究．多数还是依靠实验来研(2)克服被加工材料中纤维断裂和基体剪切产生究工

3、艺参数对加工质量的影响⋯，这不仅需要耗费大的抗力。量的人力、物力及财力，而且研究方法比较复杂。随着(3)克服切屑对前刀面的摩擦力，以及后刀面对计算机技术的不断发展，有限元分析软件H益完善，采加工表面与已加工表面之间的摩擦力(后刀面与加工用有限元仿真技术对加工过程进行仿真模拟已成为研表面及已加工表面互相接触产生的摩擦阻力)。究加工过程的重要手段，加之模拟结果能够比较真实其中，切削力的主要来源是纤维与基体的剪断抗地反映加工过程中各因素的影响，越来越多的学者使力以及刀具与材料的相互摩擦．麻花钻头钻削CF

4、RP用有限元仿真的方法X．-J复合材料切削过程进行研究。材料的切削力示意图如但绝大部分都局限于二维模型及切削机理的分析]。图1所示，是主切削力鲍永杰等[5]通过CFRP钻削试验，发现轴向力与分的反作用力分解到层因子呈线性关系，轴向力越大，分层缺陷越严重。StoneA曰CD平面上产生扭矩等[62提出利用神经网络方法对进给量进行控制，以控的力；是分解得到制轴向力的大小．进而避免CFRP材料制孔过程中的剪切纤维的力，垂直于纤分层。张厚江塌：早从CFRP材料结构本身研究切削机维方向；是分解得到理。得到结论

5、：无论碳纤维与切削方向成什么角度，纤将纤维从树脂基中剥离的维被切断的原因都是由于刀具切削力引起的垂直于纤力。平行于纤维方向。维自身轴线的剪切应力超过了纤维的剪切强度极限。2有限元模型的建立笔者根据CFRP材料的结构和切削特点，运用ABAQUS有限元软件．建立CFRP钻径向孔的有限元2．1麻花钻模型三维模型，并对加工过程进行了模拟，分析了轴向力随刀具选用YG6X硬质合金麻花钻头，钻头直径D切削参数的变化规律。为4mm、4．5mm、5mm、5．5mm、6mm，顶角为118。，螺旋角为28。。刀具材料的

6、密度为14．4～14．6t／m。弹性1CFRP材料二维切削力分析模量为640GPa，泊松比为0．22。这种刀具材料拥有良在CFRP材料制造过程中，通过设计不同的铺层好的红硬性。能够保证钻头在更快的切削速度及更大角度顺序来改变CFRP材料的有关特性，因此，CFRP的进给量下工作。结构与金属材料结构有很大的区别。在钻削加工过程刀具模型的建立采用SolidWorks软件，并保存为中，首先CFRP材料受到刀具的挤压及剪切作用，从而．step格式，然后将模型导人ABAQUS软件。刀具设定使基体材料脆性破裂，

7、同时纤维受到切削力的作用，最为绝对刚体，并在其横刃上建立一个参考点，目的是收稿日期：2015年7月方便施加载荷和力的输出。机械制造54卷第618期2016／2回8O7O6O5O+F30mm／min40—静5Otaro／rain。★70mrn／min3O口90ram／rain20—一12Ornm／min1004．04．55．05．56．0钻头直径／mm(r·’▲图4随钻头直径的变化规律▲图5口值不同下n与之间的关系6555钻头直径D=5him45·～n=2500r／rain钻头直径D=4．5m苣—一

8、n=4500r／min35忡_一n=7500r／rain25_n=12500r／rain--~--n=14500r／rainl55O255075100125Vf／(ram·min)钻削深度／mm▲图6n值不同下口与之间的关系▲图7随钻削深度的变化规律NumericalParametersWhenModelingOrthogonalCuttingof4结论LFRPComposites[J]．CompositesPartA：AppliedScienceand基于ABAQUS有限元仿真，