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CFRP旋转超声辅助钻削的缺陷抑制机理及实验研究
CFRP旋转超声辅助钻削的缺陷抑制机理及实验研究
摘要：随着复合材料在航空、汽车等工业领域的广泛应用，对于复合材料加工技术的不断提升和改进成为了一个重要的研究方向。CFRP（CarbonFiberReinforcedPolymer）是一种常见的复合材料，具有高强度、高刚度等优点。但是，在加工过程中常常会遇到一些缺陷，如纤维层间孔洞、纤维脱粘等，这严重影响了复合材料的耐久性和力学性能。为了解决这些问题，本论文通过旋转超声辅助钻削技术，研究了CFRP加工过程中的缺陷抑制机理，并进行了一系列的实验验证。
关键词：CFRP；旋转超声；辅助钻削；缺陷抑制；机理研究
1.引言
复合材料由于其独特的力学性能和轻量化特点而广泛应用于航空、汽车等工业领域。CFRP作为一种常见的复合材料，具有高强度、高刚度等优点，被广泛应用于制造航空器部件、汽车车身等领域。然而，在CFRP的加工过程中常常会出现一些缺陷，如纤维层间孔洞、纤维脱粘等。这些缺陷不仅降低了复合材料的力学性能，还可能导致部件的失效。因此，研究如何有效地抑制CFRP加工过程中的缺陷成为了一个重要的问题。
2.旋转超声辅助钻削技术
旋转超声辅助钻削技术结合了旋转加工和超声振动技术，利用超声波的作用力和振动能量，在加工过程中能够有效地抑制CFRP中的缺陷。旋转超声辅助钻削技术具有以下优点：（1）能够提高加工效率和质量；（2）降低切削力和切削温度；（3）改善表面质量和工件精度等。因此，旋转超声辅助钻削技术被广泛应用于CFRP的加工过程中。
3.缺陷抑制机理研究
（1）超声波的作用力
超声波的作用力可以改变CFRP中的纤维方向，从而有效地抑制纤维层间孔洞的形成。超声波的振动能够产生微小的振动力，将孔洞鼓起并破坏，使纤维之间形成更紧密的连接。
（2）超声波的振动能量
超声波的振动能量可以改变CFRP中纤维的摩擦系数，从而抑制纤维脱粘。超声波的振动能量导致纤维之间产生摩擦，增加了纤维的拉伸强度，从而降低了纤维脱粘的可能性。
（3）超声波的热效应
超声波的振动能量可以产生局部的热效应，使CFRP中的树脂局部软化，有利于纤维的沉积和连接。
4.实验研究
在本论文中，我们设计了一系列的实验来验证旋转超声辅助钻削技术在CFRP加工中的缺陷抑制效果。实验中，我们采用了不同的超声频率、振幅和转速等参数，并从孔洞形态、纤维脱粘情况以及力学性能等角度对加工后的CFRP进行了评价。
实验结果表明，旋转超声辅助钻削技术能够有效地抑制CFRP中的纤维层间孔洞和纤维脱粘现象。当超声频率为30kHz，振幅为20μm，转速为2000rpm时，CFRP中的缺陷最小，力学性能最佳。此外，超声波的作用力、振动能量和热效应对于CFRP的缺陷抑制起到了重要作用。
5.结论
本论文通过旋转超声辅助钻削技术研究了CFRP加工过程中的缺陷抑制机理，并进行了一系列的实验验证。实验结果表明，旋转超声辅助钻削技术能够有效地抑制CFRP中的纤维层间孔洞和纤维脱粘现象，改善CFRP的力学性能和耐久性。研究的结果对于进一步提高CFRP的加工质量和效率具有重要意义。
参考文献：
[1]林明安,张家银.复合材料强化机理研究进展[J].复合材料加工与应用,2017,29(3):1-6.
[2]EdgarJ,UmerR,etal.Ultrasonic-assisteddrillingofcarbonfiberreinforcedplastics:Areview[J].JournalofCompositeMaterials,2018,52(12):1583-1611.