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题名曲面锥形刀具的CFRP螺旋铣孔有限元仿真分析
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作者
朱瑞彪
周兰
安国升
王云龙
李光奇
钟云
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机构
兰州理工大学机电工程学院
兰州理工大学材料科学与工程学院
中核四〇四有限公司
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出处
《材料科学与工程学报》
北大核心
2025年第3期396-404,485,共10页
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基金
国家自然科学基金项目(52265049)
甘肃省青年博士基金项目(2021QB-043)
甘肃省自然科学基金项目(25JRRA073)。
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文摘
为减少碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在螺旋铣孔加工过程中产生的毛刺、撕裂与分层等损伤,提高孔壁加工质量。本研究基于螺旋铣加工特性设计了一种曲面锥形刀具,首先利用微分法得到刀具的回转轮廓方程,随后构建了三维曲面锥形几何模型,分析了不同加工阶段未变形仿真切屑的几何形貌与尺寸,最终建立了刀具的CFRP螺旋铣孔有限元模型,阐明了加工过程中应力/应变分布特点、切削力变化趋势,揭示了主轴转速、公转速度与进给速度对轴向力Fz的影响规律。结果表明,曲面锥形刀具在CFRP螺旋铣孔过程中产生的应力/应变分布均匀,切削力小且波动平缓,轴向力在刀具初始接触后呈平缓上升趋势,避免了传统刀具由于轴向力骤增而造成的崩刃现象,且轴向力峰值仅为85.91 N。由单因素实验可知,Fz随主轴转速的增大而减小,随公转速度与进给速度的增大而增大。由于专用刀具的曲面锥形结构提高了侧刃利用率,从而有效抑制了CFRP螺旋铣孔过程中毛刺与分层的产生。
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关键词
螺旋铣孔
CFRP
曲面锥形刀具
未变形仿真切屑
有限元仿真
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Keywords
Helical milling
CFRP
Curved tapered tool
Undeformed simulation chip
Finite element simulation
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分类号
TB332
[一般工业技术—材料科学与工程]
TG714
[金属学及工艺—刀具与模具]
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