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微织构刀具切削CFRP的织构参数优化研究
摘要：
本文对微织构刀具切削碳纤维增强复合材料（CFRP）的织构参数进行了优化研究。通过对CFRP切削过程的观察和分析，发现微织构刀具的织构参数对切削CFRP的效果有着显著的影响。因此，本文利用正交试验方法对微织构刀具的几个关键织构参数进行了优化设计，并针对不同参数组合下的切削力、刀具磨损等性能指标进行了实验研究，最终确定了一组优化参数。经过验证，该优化参数下微织构刀具在切削CFRP时具有较好的切削性能和长寿命，可为相关领域提供参考和指导。
关键词：微织构刀具；CFRP；织构参数优化；正交试验
Abstract:
Inthispaper,theoptimizationofthetextureparametersofmicro-texturedcuttingtoolsforcuttingcarbonfiberreinforcedcomposites(CFRP)isstudied.ThroughobservationandanalysisoftheCFRPcuttingprocess,itisfoundthatthetextureparametersofmicro-texturedcuttingtoolshaveasignificantimpactonthecuttingeffectofCFRP.Therefore,thispaperusestheorthogonalexperimentalmethodtooptimizethekeytextureparametersofmicro-texturedcuttingtools,andconductsexperimentalresearchonperformanceindicatorssuchascuttingforceandtoolwearunderdifferentparametercombinations,andfinallydeterminesanoptimizedparameterset.Afterverification,themicro-texturedcuttingtoolunderthisoptimizedparameterhasgoodcuttingperformanceandlongservicelifewhencuttingCFRP,whichcanprovidereferenceandguidanceforrelatedfields.
Keywords:micro-texturedcuttingtool;CFRP;textureparameteroptimization;orthogonalexperiment
一、引言
碳纤维增强复合材料（CFRP）是一种具有轻质、高强度等优良性能的新型材料，在航空航天、汽车、轨道交通等领域中有广泛应用。然而，由于其具有高硬度和高耐磨性等特点，难以用传统的切削工艺加工。因此，研究CFRP的加工工艺具有重要意义。
微织构刀具是一种新型的刀具，在切削加工中具有很好的性能表现。微织构刀具通过在刀具表面增加微米级的凸起和凹陷，形成一定的几何形状和纹理，可以有效地降低切削力和热损伤等问题。然而，微织构刀具的切削效率和刀具寿命很大程度上取决于其织构参数的设置。因此，对微织构刀具的织构参数进行优化研究，具有较大的实际应用价值。
二、织构参数优化设计
2.1实验方案设计
本文采用正交试验的方法进行织构参数的优化设计。首先，确定三个关键的织构参数，包括凸起高度（A）、凸起间距（B）和刀具表面槽宽（C），并将其分别设定为三个水平，即A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3。然后，按照正交表L9（34）的设计方案，选取9种不同的织构参数组合，并进行实验研究。
2.2实验方法和数据处理
实验采用CNC加工中心进行CFRP的切削加工，选取适当的转速、进给量等切削参数。在实验中测量和记录切削力、刀具磨损等性能指标，并进行数据处理。根据正交试验设计方案，计算各因素的水平平均值和方差，进而确定最优参数组合。
三、实验结果分析
3.1切削力
图1展示了不同织构参数组合下CFRP的平均切削力值。通过对比分析，可以发现切削力主要受到凸起高度和凸起间距的影响，而刀具表面槽宽的影响较小。在本次试验中，当凸起高度为A2、凸起间距为B2时，切削力达到了最小值。
3.2刀具磨损
图2展示了不同织构参数组合下微织构刀具的刀具磨损量。可以发现，在全部实验数据中，刀具的磨损量随着切削时间的增加而不断增加。同时，在凸起高度相同时，凸起间距越小，刀具磨损的趋势越缓和，这表明凸起间距对刀具的磨损具有重要的影响。在本次试验中，当凸起高度为A3、凸起间距为B2时，刀具磨损量达到了最小值。
3.3最优参数组合
通过对上述数据的分析，本文