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机械用新型碳纤维复合材料的旋转超声加工工艺研究
摘要
碳纤维复合材料是一种具有优异性能的材料，广泛应用于航空、汽车等行业中。传统的加工方式往往会造成材料的毁坏，因此需研究旋转超声加工工艺。本论文主要探讨机械用新型碳纤维复合材料的旋转超声加工工艺，介绍碳纤维复合材料的特性及加工现状，分析旋转超声加工的原理及优点，并提出一种适合该材料的旋转超声加工工艺方案。
关键词：碳纤维复合材料；旋转超声加工；加工工艺方案；机械
Abstract
Carbonfibercompositematerialsareakindofmaterialwithexcellentperformance,whichiswidelyusedinaviation,automobileandotherindustries.Traditionalprocessingmethodsoftencausedamagetothematerials,sotheresearchofrotaryultrasonicprocessingtechnologyisneeded.Thispapermainlyexplorestherotaryultrasonicprocessingtechnologyofthenewcarbonfibercompositematerialsformachinery,introducesthecharacteristicsandprocessingstatusofcarbonfibercompositematerials,analyzestheprincipleandadvantagesofrotaryultrasonicprocessing,andputsforwardarotaryultrasonicprocessingtechnologyschemesuitableforthismaterial.
Keywords:carbonfibercompositematerials;rotaryultrasonicprocessing;processingtechnologyscheme;machinery
一、介绍
碳纤维复合材料是一种具有优异性能的材料，具有比强度高、比刚度高、耐腐蚀性好等优点，广泛应用于航空、汽车等高端领域。但是，由于其硬度大、不易加工，使得其在加工中面临较大的困难。传统的加工方式往往会造成材料的毁坏，因此需研究新的加工方式。
旋转超声加工技术是一种非接触式、非热源、低应力、无刀具磨损、高效率的新型加工技术。近年来，旋转超声在碳纤维复合材料加工领域中得到了广泛关注，并成功应用于复杂曲面的精密加工、孔加工、铣削加工等领域。本论文主要探讨机械用新型碳纤维复合材料的旋转超声加工工艺，希望为该领域的进一步研究提供参考。
二、碳纤维复合材料的特性及加工现状
1.碳纤维复合材料的特性
碳纤维复合材料是由碳纤维和树脂基体组成的一种复合材料。它具有以下特性：
（1）比强度高。碳纤维的拉伸强度高于钢铁，是一种具有很高比强度的材料。
（2）比刚度高。碳纤维的弹性模量高于钢铁，是一种具有很高比刚度的材料。
（3）耐腐蚀性好。碳纤维不锈钢对酸、碱等物质具有很好的耐腐蚀性。
（4）轻质化。碳纤维比钢铁轻约五倍，比铝轻约一半。
2.碳纤维复合材料的加工现状
传统的碳纤维复合材料加工主要采用切削加工、磨削加工等方式。但是，这些加工方式会对材料造成破坏，导致加工块料率高，加工成本也相应提高。为了克服这些问题，需研究新的加工方式。
旋转超声加工技术是一种耗能较小、不需要冷却液的非接触式加工技术，具有许多优点，例如：高加工精度、高效率、低温度、低应力、无刀具磨损等。因此，旋转超声加工技术成为了一种有望应用于碳纤维复合材料加工领域中的新型加工技术。
三、旋转超声加工的原理及优点
1.旋转超声加工的原理
旋转超声加工技术是利用旋转器将超声振源和工具组合成一体，通过绕轴向旋转的工具实现对工件的加工。旋转超声加工的工具是由机械振子与超声振子电偶合成的，使得旋转工具能够同时具备旋转与超声振动的功能。
当旋转工具紧贴工件表面时，由于旋转工具的高速旋转产生离心力，使得工具与工件之间形成局部的高速相对运动。在超声振子的作用下，局部区域的材料发生微观振动，形成颗粒状的切削屑，并由液体或气体冲洗携带走切屑，实现加工目的。
2.旋转超声加工的优点
旋转超声加工技术具有以下几个优点：
（1）无接触。旋转超声加工无需使用刀具，因此可以在不破坏材料的情况下完成高精度加工。
（2）低应力。由于旋转超声加工过程中不会产生热量和高压应力，因此材料受到的应力很小。
（3）高效率。旋转超声加工的处理速度很快，可显著提高加工效率。
（4）精度高。由于旋转超声加工技术具有高加工精度，因此可以实现复杂形状、高精度的加