超临界二氧化碳低温铣削CFRP复合材料试验研究*

邹 凡，王贤锋，张烘州，安庆龙

（1.上海交通大学，上海 200240；2.中国商飞上海飞机制造有限公司，上海 200436）

碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced polymer，CFRP）因其优异的性能得到广泛的应用，尤其是在航空领域[1–2]。在实际应用中，制孔和切边是最广泛的机械加工形式。CFRP复合材料因其具有各向异性和非均质性，在加工过程中容易发生损伤，例如分层、毛刺、黄化等[3]，影响零件的服役性能。航空工业中常用的CFRP复合材料采用热固性树脂作为基体，其在较高的温度下会发生不可逆的玻璃化转变[4]。在机械加工过程中，切削量较大时会产生较多的切削热，导致较高的切削温度，从而降低加工质量，影响使用性能[5]。这就限制了CFRP复合材料的加工效率。

CFRP复合材料对水分比较敏感，过多水分在后续的胶接过程中会影响黏接性能，含水量较高的CFRP复合材料胶接时连接强度较低[6]。因此，在CFRP复合材料的切削加工中不宜采用切削液。低温切削避免了切削液的使用，是一种低成本、环境友好型的加工方式，成为了近年来的研究热点。液氮（LN2）[7]和液态二氧化碳（LCO2）[8]是常用的传统冷却介质。但是，LN2和LCO2通常采用浸泡和喷射的方式进行冷却，冷却介质用量较大，同时过低的温度可能对材料产生负面的影响。超临界二氧化碳（Supercritical carbon dioxide， scCO2）是一种气态和液态并存的流体，其特点是临界条件容易达到，化学性质不活泼，无色无味无毒，价格低廉。通过合理设计的流道，超临界二氧化碳冷却系统可以在喷口处由于Joule–Thomson效应发生等焓环境下自由膨胀，从而导致温度迅速下降（可达约–76℃）,成为近年来低温切削冷却介质的新选择。……