螺旋铣磨碳纤维复合材料铣磨力仿真及试验研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20240628.009

复合材料科学与工程 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (6): 69-75.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20240628.009

螺旋铣磨碳纤维复合材料铣磨力仿真及试验研究

邢文涛¹, 孙会来^1*, 李航¹, 刘雨¹, 赵方方^2*

1.天津工业大学机械工程学院,天津 300387;
2.天津工业大学经济管理学院,天津 300387

收稿日期:2023-06-07 出版日期:2024-06-28 发布日期:2024-07-26
通讯作者: 孙会来(1974—),男,副教授,硕士生导师,主要从事机械加工方面的研究,sunhuilai@tjpu.edu.cn。赵方方(1979—),女,副教授,硕士生导师,主要从事质量控制方面的研究,zhaoff@tjpu.edu.cn。
作者简介:邢文涛(1999—),男,硕士研究生,主要从事碳纤维复合材料加工方面的研究。
基金资助:
天津市高等学校科技发展基金(20130402);天津市科委项目(14JCTPJC00536)

Simulation and experimental study of milling force of helical milling carbon fiber composites

XING Wentao¹, SUN Huilai^1*, LI Hang¹, LIU Yu¹, ZHAO Fangfang^2*

1. School of Mechanical Engineering, Tiangong University, Tianjin 300387, China;
2. School of Economics and Management, Tiangong University, Tianjin 300387, China

Received:2023-06-07 Online:2024-06-28 Published:2024-07-26

摘要/Abstract

摘要： 本文基于单颗磨粒的运动轨迹方程,采用ABAQUS有限元软件模拟了螺旋铣磨过程,并对孔出入口边缘的应力分布情况和铣磨力的变化规律进行仿真分析。研究了在螺旋铣磨制孔过程中,碳纤维复合材料(CFRP)铣磨力的变化规律和不同工艺参数对铣磨力的影响程度,随后设计螺旋铣磨正交试验,采用极差分析法分析试验结果,并与仿真结果进行对比验证以确定仿真的准确性。研究结果表明:主轴转速与轴向铣磨力呈负相关,并且F_x在3 500 r/min时最小,公转转速、螺距与铣磨力呈正相关;公转转速对切向铣磨力的影响程度最大,主轴转速和螺距次之;公转转速对轴向铣磨力的影响程度最大,螺距和主轴转速次之。

关键词: 碳纤维复合材料, 螺旋铣磨, 有限元仿真, 正交试验, 铣磨力

Abstract: Based on the motion trajectory equation of a single abrasive grain, this paper uses ABAQUS finite element software to simulate the helical milling process, and analyzes the simulation of the stress distribution at the edge of the hole inlet and outlet and the variation law of milling force. During the process of spiral milling holes in carbon fiber reinforced plastic (CFRP), the variation law of milling force and the influential degree of different process parameters on milling force are studied. Subsequently, an orthogonal experiment for spiral milling was designed, using range analysis to study the experimental results and comparing them with the simulation results to determine the accuracy of the simulation results. The results show that the spindle speed is negatively correlated with the axial milling force, and F_x is minimal at 3 500 r/min. The rotational speed and pitch are positively correlated with the milling force. The revolution speed is the main factor affecting the tangential milling force, while the spindle speed and pitch are the secondary factors. The revolution speed is the main factor affecting the axial milling force, while the pitch and spindle speed are the secondary factors.

Key words: carbon fiber reinforced plastic, helical milling, finite element simulation, orthogonal experiments, milling force

中图分类号:

TB332

邢文涛, 孙会来, 李航, 刘雨, 赵方方. 螺旋铣磨碳纤维复合材料铣磨力仿真及试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(6): 69-75.

XING Wentao, SUN Huilai, LI Hang, LIU Yu, ZHAO Fangfang. Simulation and experimental study of milling force of helical milling carbon fiber composites[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2024, 0(6): 69-75.

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Simulation and experimental study of milling force of helical milling carbon fiber composites

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