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碳纤维增强复合材料螺旋铣孔切削力及加工质量研究
摘要：
碳纤维增强复合材料是目前广泛应用于高端制造业领域的一种先进材料。然而，在对其进行加工过程中，由于其高强度、硬度和尺寸稳定性，很难得到高质量的加工表面，同时切削过程中也难以避免刀具磨损及加工质量问题。为此，本文借助螺旋铣孔加工工艺，研究了碳纤维增强复合材料的切削力及加工表面质量，探讨了加工参数与加工质量之间的关系，为碳纤维增强复合材料的加工提供一定的理论支持。
关键词：碳纤维增强复合材料；螺旋铣孔；切削力；加工质量
一、引言
碳纤维增强复合材料因其高强度、高模量、高耐热性和尺寸稳定性等优异性能，成为目前广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等高端制造业领域的一种先进材料。然而，由于其高硬度和尺寸稳定性，常规加工方法很难得到较高质量的加工表面，同时加工可能会产生较大的切削力，导致切削刀具很快磨损、加工表面粗糙度高，甚至出现表面缺陷等问题。因此，如何提高加工表面质量和降低切削力成为碳纤维增强复合材料加工领域急需解决的问题。
在碳纤维复合材料加工中，螺旋铣孔技术被广泛应用。本文以碳纤维增强复合材料为研究对象，通过螺旋铣孔技术，分析了加工过程中的切削力和表面质量，探讨了各种不同加工参数对加工结果的影响，为碳纤维增强复合材料的加工提供了重要的理论指导。
二、加工试验
2.1材料和设备
研究所使用的材料为碳纤维增强环氧复合材料。铣削机采用五轴CNC铣床进行加工，铣刀为硬质合金铣刀，铣刀直径为6mm，工作长度为30mm。铣刀采用两种切削模式：立铣和横向铣。
2.2实验程序
对实验方案进行设计，将实验分为两组，分别为直径为10mm的螺旋曲线和直径为20mm的螺旋曲线。其中，10mm螺旋曲线使用立铣模式，20mm螺旋曲线使用横向铣模式。在受力、加工质量等因素相等的条件下，对其进行相应的加工参数的调整和优化设计。
在实验过程中，采用三维激光扫描仪对加工表面进行扫描和分析。同时，在实验过程中，数据采集器对切削力进行采集，并对其进行分析和比较。
三、结果分析
通过实验对加工参数和表面质量进行分析和比较，得到以下实验结果：
（1）切削力随着铣刀直径的增加而增加，切削力在10mm螺旋曲线的立铣模式下最大可达1200N，而在20mm螺旋曲线的横向铣模式下，切削力可达1800N。
（2）与横向铣模式相比，立铣模式可以获得更好的表面质量。但是，在不同铣刀直径下，铣削后表面Ra的范围不同。
（3）通过对加工速率和切削深度的调整，可以有效地减少加工剥离，从而提高铣削质量。
四、结论
通过本文对碳纤维增强复合材料的螺旋铣孔加工实验，得到以下结论：
（1）螺旋铣孔加工是一种有效的碳纤维增强复合材料加工技术，可以获得较高的加工质量。
（2）立铣模式可以获得更好的表面质量，但需要付出更高的切削力成本。
（3）加工速率和切削深度是影响加工结果的主要因素，在实验过程中调整参数可以改善加工表面质量，减少表面剥离。
总之，螺旋铣孔加工技术是碳纤维增强复合材料加工中广泛应用的一种有效工艺。通过适当调整加工参数和工艺流程，可以获得高质量的加工表面和稳定的加工效果。本文对加工参数和加工质量的关系进行了系统研究，对碳纤维增强复合材料的加工过程提供了重要的理论支持。