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PCD钻头钻削碳纤维增强复合材料的切削力研究
摘要
碳纤维增强复合材料由于其高强度、高刚度、重量轻的特点被广泛应用于航空、汽车、体育器材等领域。然而，由于其复杂的结构和特殊的力学性能，加工难度大，特别是在切削加工领域更是如此。本论文通过实验研究和理论分析分析了PCD钻头在钻削碳纤维增强复合材料时的切削力特性，分析了其影响因素和优化措施。研究结果表明，PCD钻头在钻削碳纤维增强复合材料时的切削力与刀具几何参数、切削参数和材料物理性质等因素密切相关，同时也证实了一些优化措施的可行性和有效性。本研究对提高碳纤维增强复合材料的加工效率和探索新型加工工艺具有参考意义和实际应用价值。
关键词：碳纤维增强复合材料；PCD钻头；切削力；优化措施
Abstract
Carbonfiberreinforcedcompositematerialsarewidelyusedinaviation,automobile,sportsequipmentandotherfieldsduetotheirhighstrength,highstiffness,andlightweight.However,duetoitscomplexstructureandspecialmechanicalproperties,processingdifficultiesaregreat,especiallyinthefieldofcuttingprocessing.Inthispaper,throughexperimentalresearchandtheoreticalanalysis,thecuttingforcecharacteristicsofPCDdrillsindrillingcarbonfiberreinforcedcompositematerialswereanalyzed,andtheinfluencingfactorsandoptimizationmeasureswereanalyzed.TheresearchresultsshowthatthecuttingforceofPCDdrillsindrillingcarbonfiberreinforcedcompositematerialsiscloselyrelatedtotoolgeometricparameters,cuttingparametersandmaterialphysicalproperties,andalsoprovesthefeasibilityandeffectivenessofsomeoptimizationmeasures.Thisstudyhasareferencesignificanceandpracticalapplicationvalueforimprovingtheprocessingefficiencyofcarbonfiberreinforcedcompositematerialsandexploringnewprocessingtechnologies.
Keywords：carbonfiberreinforcedcompositematerials;PCDdrill;cuttingforce;optimizationmeasures
引言
碳纤维增强复合材料由于其独特的力学性质和耐高温性，被广泛用于航空、汽车、体育器材、航天器和工业领域等。在这些应用领域中，碳纤维增强复合材料所处环境往往非常恶劣，如高温、高压和高速等，因此对其加工技术有极高的要求。而钻削是碳纤维增强复合材料中常用的加工方法之一，钻削加工的质量和效率对于整个制造过程具有极大的影响。
传统的金属材料加工方法无法完全适应碳纤维增强复合材料的特殊性质，因此，发展适合碳纤维增强复合材料的切削加工工艺是非常必要的。而PCD（聚晶金刚石）钻头由于其高硬度、高热导率和低摩擦系数等特点，广泛用于钻削碳纤维增强复合材料。但是，PCD钻头在钻削过程中会产生很大的切削力，对于钻头和加工效率都有很大的影响。因此，研究PCD钻头在钻削碳纤维增强复合材料时的切削力特性，对于提高碳纤维增强复合材料的加工效率具有重要意义。
实验与结果分析
1.实验方案
本实验采用SE30型立式铣床，PCD钻头和碳纤维增强复合材料进行试验，采集钻削过程中的切削力曲线和温度曲线，并利用数据处理软件对其进行分析。实验中控制切削参数、刀具几何参数和材料物理性质等因素，对钻削性能进行测试比较。
2.实验结果分析
（1）切削力与刀具几何参数的关系
切削力与刀具几何参数密切相关，其中刀头几何结构和刀片结构对切削力的生成和分布具有重要影响。本实验中通过改变刀头几何结构和刀片结构，探究其对切削力的影响。实验结果表明，刀头几何结构和刀片结构会改变切削时的切入角、切削厚度