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磨料水射流切割碳纤维复合材料
来源: 时间:2022-04-01 浏览:10973
采用超高压磨料水射流技术对碳纤维复合材料进行切割试验,借助μscan激光共聚焦显微镜重构样品切口的三维表面,测得样品切口表面粗糙度;研究了扫描分辨率对表面粗糙度测量的影响,以及切割速度、样品厚度对样品切口表面粗糙度的影响规律.试验结果表明:扫描分辨率对表面粗糙度的测量无明显的影响;当切割深度较小(0~0.6mm)时,即在切口入口处,表面粗糙度随切割深度的增大而减小,当切割深度较大(大于0.6mm)时,表面粗糙度随切割深度的增大而增大;当样品厚度一定时,随着切割速度的增大,切口最大表面粗糙度在整体趋势上是增


碳纤维复合材料(carbonfiberreinforcedplastic,CFRP)作为一种先进的复合材料,以其优异的轻质高强性能和很好的耐疲劳、耐腐蚀、耐高温、耐磨性,较高的比强度、比模量等特性,被广泛应用于航天、航空、军事等高精尖技术领域.但由于CFRP的各相分布具有不连续性、不均一性及各向异性,采用传统的加工方式加工时,切削行为本身包括了纤维断裂、基体裂化、纤维和基体分离、松懈等复杂过程,且传统加工方式在切削CFRP 时产生的热效应会导致CFRP微观结构破坏和性能降低,因此采用传统的加工方式对CFRP进行加工存在一定局限性.磨料水射流技术作为一种清洁高效的冷态切割技术,具有多样性、灵活性、高效性等优点,能有效地完成对CFRP的切削加工.同时,超高压磨料水射流对材料的作用力较小且无热效应,能有效地避免应力应变和材料性能的变化.在磨料水射流加工的过程中,射流压力、射流喷嘴直径、混合室长度和直径、磨料种类、颗粒尺寸、磨料质量流量、切割速度、切割角度等工艺参数,均会影响到磨料水射流的切割效果和效率以及样品的表面粗糙度.由于CFRP具有自身的特性,因此采用磨料水射流技术切割CFRP时呈现出的规律与切割传统材料时呈现出的规律有较大差异.UNDE等通过实验发现,切割靶距和进给速度对切割锥角有明显的影响,而纤维夹角和射流压力对切口表面粗糙度有明显的影响.THONGKAEW 等采用磨料水射流技术对CFRP进行钻孔实验,实验结果表明,进给速度和钻孔直径的增大会降低钻孔的质量,而射流压力和磨料质量流量对钻孔质量没有明显的影响.KUMARAN 等的实验结果表明,切割速度和靶距越大,表面粗糙度越大;而射流压力越大,切割表面的粗糙度则越小;且通过自适应神经模糊推理系统(adaptiveneuroGfuzzyinferencesysGtem,ANFIS)预测得到的CFRP样品表面粗糙度能很好地与实验结果吻合.杨清文等研究了磨料浓度和磨料粒径对冲蚀过程的影响.王建生等通过数值分析发现,粗颗粒的切割效果要优于细颗粒的切割效果.王伟研究了高压磨料水射流切割CFRP 的机理和产生分层失效的原因,并分析了射流压力、切割速度、靶距和磨料质量流量等参数对切割质量的影响.以上研究侧重于过程参数对切割质量的影响,其中射流压力、切割速度和磨料质量流量对CFRP的切割质量和切割深度有明显的影响.

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