有限元技术应用于碳纤维复合材料切削加工研究现状

吉林农业科技学院机械与土木工程学院 佟沐霖 于振文 张亚杰 常影 刘雨婕

前言

CFRP在应用中最常用的加工方式是钻削和铣削，复合材料的组成部分有基体和增强材料，CFRP是由树脂基基体和纤维增强材料采用不同铺层方式复合而成，因为其特殊的组成方式，CFRP的性能是各向异性，致使其在加工过程中每个方向呈现不同特性[1]。CFRP在切削加工过程中最容易出现的问题就是毛刺、分层、撕裂 ，加工CFRP的刀具以及材料板价格高 ，在加工过程中会产生大量切削粉末，对环境影响较大，因此利用有限元技术来研究CFRP切削加工是十分必要的。

1 运用ABAQUS研究CFRP切削现状

国外学者OzdenIsbilir等人基于有限元仿真软件ABAQUS，建立了碳纤维复合材料的三维切削模型，在此基础上提出了缺陷综合模型，通过仿真模拟分析研究不同几何参数的刀具对切削加工碳纤维复合材料表面质量的影响规律[2]。

中北大学学者运用ABAQUS有限元仿真软件对钻头钻削CFRP板的过程进行了模拟[3]。 工艺参数选择主轴转速为1200rpm、1500rpm、1700rpm， 进给量为2mm/s； 主轴转速为2000rpm、2200rpm， 进给量为3mm/s； 主轴转速为2700rpm、3000rpm、3200rpm，进给量4mm/s。在此切削参数下得到了钻削过程中CFRP板的应力变化图以及铺层纤维的拉伸剪切损伤情况等。

中北大学利用ABAQUS软件建立了纤维角度为0°、45°、90°、135°时的二维切削有限元模型，得到了不同纤维角度和不同切削深度对CFRP切削加工过程中应力的影响情况，拟合了最大应力随纤维角度的变化曲线，如图1所示[4]。

图1最大应力随纤维角度的变化曲线

东华大学采用ABAQUS软件对三维双轴向经编针织CFRP进行了钻削过程的仿真，得到了在切削参数主轴转速为500rpm，进给速度为110mm/min时PCD钻头的轴向力的值，如图2所示。……