CFRP二次切削加工表面的形成机理及试验研究

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作者 李纯杰 苏飞 +2 位作者 刘广涛 陈冰 郑雷 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期93-102,共10页

在实际加工过程中,碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber-Reinforced Plastic,CFRP)的制孔通常采用多工序工艺以优化制孔质量。然而,关于多工序加工中切削表面形成机制的详细解析尚存不足。针对此问题,本文构建了四种典型纤维取向(θ=0°... 在实际加工过程中,碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber-Reinforced Plastic,CFRP)的制孔通常采用多工序工艺以优化制孔质量。然而,关于多工序加工中切削表面形成机制的详细解析尚存不足。针对此问题,本文构建了四种典型纤维取向(θ=0°、45°、90°、135°)下的二次切削仿真模型,深入探讨了二次切削过程中切削表面的形成机制及切削损伤的演变模式。研究结果显示,随着主轴转速n的增加,二次切削合力呈现显著的下降趋势;而进给速度Vf的提高则导致二次切削合力显著上升。进一步分析发现,当纤维取向为θ=0°时,首次切削的切削表面损伤对第二次切削的影响相对较小;而当纤维取向为θ=45°、90°或135°时,在第二次切削厚度小于首次切削纤维损伤层深度的条件下,第二次切削能够有效去除首次切削产生的损伤层,且不产生新的纤维损伤,从而显著提升切削表面的质量。 展开更多

关键词 碳纤维增强复合材料(CFRP) 多工序 损伤演变 切削力 有限元仿真

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碳化硅陶瓷脉冲激光加工改性表面特征研究

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作者 刘伟 顾浩 +1 位作者 唐都波 刘顺 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期126-130,共5页

采用脉冲激光对碳化硅陶瓷进行加工,通过单因素实验探究激光功率、扫描次数、光斑重叠率等激光工艺参数对工件改性表面特征的影响规律。实验结果表明,当激光功率较小时,工件表面形成周期性的起伏沟槽,且随机分布着破碎凹坑;当激光功率... 采用脉冲激光对碳化硅陶瓷进行加工,通过单因素实验探究激光功率、扫描次数、光斑重叠率等激光工艺参数对工件改性表面特征的影响规律。实验结果表明,当激光功率较小时,工件表面形成周期性的起伏沟槽,且随机分布着破碎凹坑;当激光功率逐渐增大时,工件表面逐渐出现崩裂的热致裂纹;表面粗糙度随激光功率的增大先减小后增大。当扫描次数较少时,工件表面结构较为浅薄、稀松;随着扫描次数的增加,工件表面形成的结构凹凸不平;表面粗糙度随扫描次数的增大先减小后增大。在低光斑重叠率条件下,工件表面沟槽较浅、整体表面起伏较小;当光斑重叠率逐渐增大时,表面沟槽逐渐变深,工件表面出现孔洞;表面粗糙度随光斑重叠率增大而增大。 展开更多

关键词 碳化硅陶瓷 脉冲激光 改性 表面形貌

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纤维增强复合材料激光加工研究进展 被引量：3

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作者 苏飞 李文毅 李纯杰 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1-9,共9页

对纤维增强复合材料(FRP)激光加工国内外的研究现状进行了梳理。从激光加工中材料的去除过程、去除机理以及热吸收特性等方面综述了FRP激光加工机理;从激光加工热影响区对材料性能影响、影响热影响区因素、热影响区预测等方面梳理了FRP... 对纤维增强复合材料(FRP)激光加工国内外的研究现状进行了梳理。从激光加工中材料的去除过程、去除机理以及热吸收特性等方面综述了FRP激光加工机理;从激光加工热影响区对材料性能影响、影响热影响区因素、热影响区预测等方面梳理了FRP热影响区的研究现状;概述了FRP激光辅助加工技术的研究进展。大量研究表明,由于FRP的各向异性,FRP激光加工与均质材料的激光加工存在显著差异。目前,FRP激光加工的热影响区能有效的降至几微米,显著降低了热影响区对构件性能的影响。为最大限度的融合激光加工的优势,FRP激光复合加工技术在FRP加工领域的应用逐渐受到关注,成为FRP加工技术提升的一个重要发展方向。 展开更多

关键词 激光加工 纤维增强复合材料 加工机理 热影响区 激光复合加工

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碳化硅辅助增效化学机械抛光材料去除机理研究进展 被引量：1

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作者 徐腾飞 刘伟 +2 位作者 邓朝晖 陈根 朱德财 《表面技术》 北大核心 2025年第16期1-17,共17页

碳化硅具有优异的物理和化学特性,是典型的第三代半导体材料。但碳化硅具有高硬度和化学惰性,导致其精密抛光加工面临材料难去除、表面易损伤和加工成本高等问题,无法满足高效低损伤平坦化加工的迫切需求。目前,化学机械抛光是实现碳化... 碳化硅具有优异的物理和化学特性,是典型的第三代半导体材料。但碳化硅具有高硬度和化学惰性,导致其精密抛光加工面临材料难去除、表面易损伤和加工成本高等问题,无法满足高效低损伤平坦化加工的迫切需求。目前,化学机械抛光是实现碳化硅衬底全局平坦化的关键技术,但碳化硅化学机械抛光及其辅助增效的研究主要注重实验和技术方法开发,而在其化学反应和机械去除过程中材料去除机理的深层次研究方面存在一定的不足。针对碳化硅典型的晶型结构特点,简述了不同晶型结构的碳化硅材料性能差异,以及材料特性对抛光去除的影响;综述了碳化硅化学机械抛光的原理、材料去除机理及其微观去除机制;分析了几种较为典型的辅助增效化学机械抛光技术,揭示了碳化硅在多能量场耦合作用下的材料去除机理,以及多能量场的耦合效应对其抛光过程中机械作用和化学反应的促进作用。并展望了提高碳化硅抛光材料去除率和表面质量的未来发展方向,以期为碳化硅的高效高质量、低损伤、低成本加工提供新的研究方法和思路。 展开更多

关键词 碳化硅 化学机械抛光 晶型结构 辅助增效 材料去除机理

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CFRP定心内齿槽的加工

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作者 苏飞 袁军堂 +1 位作者 汪振华 邓朝晖 《宇航材料工艺》 CSCD 北大核心 2017年第3期86-90,共5页

以CFRP复合构件为研究对象,采用横刃减小的成形刀片对复合构件孔内定心齿槽进行加工试验,分析刀片横刃大小与走刀路径对切削力的影响规律。结果表明:刀片横刃的减小有利于切削力的降低,但横刃减小到0.5 mm时,切削力减小的趋势变缓;采用... 以CFRP复合构件为研究对象,采用横刃减小的成形刀片对复合构件孔内定心齿槽进行加工试验,分析刀片横刃大小与走刀路径对切削力的影响规律。结果表明:刀片横刃的减小有利于切削力的降低,但横刃减小到0.5 mm时,切削力减小的趋势变缓;采用横刃为0.5 mm的刀片沿着齿槽轮廓一次进给完成齿槽加工的走刀方式,其单齿加工时间较短、切削力较小、加工质量较好,该种齿槽加工方案较为合理。 展开更多

关键词 平纹CFRP 齿槽 PCD刀片 复合构件 成形刀具

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CFRP制孔加工缺陷及制孔技术的研究进展 被引量：6

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作者 蒋骁捷 胡小平 +1 位作者 苏飞 袁亿 《机械设计与制造》 北大核心 2021年第8期79-82,共4页

碳纤维增强复合材料(CFRP)已在航空航天飞机上得到了大量应用。在CFRP结构件的装配连接中,需要进行大量的制孔加工。但在CFRP制孔中极易产生毛刺、分层等制孔缺陷,严重影响制孔质量和构件使用性能,尤其是分层制孔缺陷是造成构件报废失... 碳纤维增强复合材料(CFRP)已在航空航天飞机上得到了大量应用。在CFRP结构件的装配连接中,需要进行大量的制孔加工。但在CFRP制孔中极易产生毛刺、分层等制孔缺陷,严重影响制孔质量和构件使用性能,尤其是分层制孔缺陷是造成构件报废失效的主要原因。针对分层制孔缺陷的研究现状,重点阐述制孔缺陷的形成机制及制孔缺陷的评价方法,再梳理CFRP制孔工艺方法及其制孔刀具的研究现状。面对高模量CFRP制孔难度不断加大的趋势,为了抑制CFRP制孔中制孔缺陷的产生,指出CFRP制孔加工下一步研究的重点。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料(CFRP) 制孔加工 制孔缺陷 分层形状 评价方法

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AFRP激光-铣削组合加工及其工艺参数优化研究 被引量：1

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作者 李文毅 苏飞 +1 位作者 郑雷 陈冰 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期68-77,共10页

针对芳纶纤维增强复合材料(AFRP)加工中极易出现抽丝拉毛、烧蚀等问题,提出采用激光-铣削组合加工的工艺方法对AFRP进行试验研究,优化AFRP激光-铣削组合加工工艺参数。试验表明:与铣削加工相比,激光-铣削组合加工的切削温度更低,切削力... 针对芳纶纤维增强复合材料(AFRP)加工中极易出现抽丝拉毛、烧蚀等问题,提出采用激光-铣削组合加工的工艺方法对AFRP进行试验研究,优化AFRP激光-铣削组合加工工艺参数。试验表明:与铣削加工相比,激光-铣削组合加工的切削温度更低,切削力以及毛刺因子更小,且在加工中切削力波动幅度小,铣削平稳;AFRP激光-铣削组合加工中的最佳激光工艺参数为:激光功率P=20 W,扫描速度v=3 mm/s,脉冲宽度Lf=60 ns,重复频率f=50 kHz;最佳铣削工艺参数为:主轴转速n=2000 r/min,进给速度vf=105 mm/min,切削深度ap=0.5 mm。 展开更多

关键词 芳纶纤维增强复合材料 复合加工 切削力 切削温度 激光加工

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燃料电池极板材料及制备技术的研究热点与演进 被引量：2

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作者 肖罡 孙卓 +2 位作者 李时春 杨钦文 张鹏飞 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2022年第11期1780-1793,共14页

针对Web of Science核心合集数据库中2000年1月至2020年10月的燃料电池双极板材料与制备工艺文献进行计量学分析,并利用CiteSpace可视化分析工具绘制了核心研究国家、作者、研究机构及关键词演进的结构图谱。结果表明:双极板研究热点主... 针对Web of Science核心合集数据库中2000年1月至2020年10月的燃料电池双极板材料与制备工艺文献进行计量学分析,并利用CiteSpace可视化分析工具绘制了核心研究国家、作者、研究机构及关键词演进的结构图谱。结果表明:双极板研究热点主要是金属材料双极板的耐腐蚀性与高聚物基复合材料双极板的导电性。金属极板耐蚀性问题存在离子污染、基体材料与涂层技术等研究内容,离子污染研究揭示了极板腐蚀的负面影响,基体材料与涂层技术研究则是去通过调整材料成分或制备工艺上提升性能。高聚物复合材料导电性问题的研究内容是高聚物基体、导电填料以及复合材料导电率等预测模型,导电率预测模型是研究复合材料组成的重要理论依据。 展开更多

关键词 文献计量学 燃料电池 双极板 材料性能 制备技术

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碳纤维增强复合材料新钻型结构设计及其对比试验 被引量：1

9

作者 苏飞 袁亿 +2 位作者 胡财吉 李纯杰 李文毅 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期59-65,共7页

在碳纤维增强复合材料(CFRP)制孔过程中,易产生毛刺、分层等制孔缺陷,而钻头结构是影响制孔缺陷形成的关键因素。对此,在原有钻型基础上设计了两种新钻型,研究了原有钻型和两种新设计钻型的钻削轴向力和制孔效果。结果表明,在相同钻削... 在碳纤维增强复合材料(CFRP)制孔过程中,易产生毛刺、分层等制孔缺陷,而钻头结构是影响制孔缺陷形成的关键因素。对此,在原有钻型基础上设计了两种新钻型,研究了原有钻型和两种新设计钻型的钻削轴向力和制孔效果。结果表明,在相同钻削工艺参数下,原有钻型"V型"刃的修除阶段的轴向力归零速度最大,新设计的燕尾开槽钻型的最小,这与制孔缺陷的变化规律基本一致,轴向力归零速度与制孔缺陷具有较好的映射关系;3种钻型均能有效减少毛刺,与原有钻型相比,新设计的两种钻型均能更好的去除毛刺和降低制孔缺陷;原有钻型的制孔缺陷以撕裂为主,新设计的开槽新钻型和燕尾开槽新钻型则以分层缺陷为主。据此可为CFRP制孔的刀具结构设计提供新的设计思路。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料(CFRP) 钻削 制孔缺陷 钻型结构

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碳纤维增强复合材料新钻型钻削制孔试验研究 被引量：1

10

作者 苏飞 袁亿 +2 位作者 蒋骁捷 邓朝晖 孙富建 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期53-60,共8页

碳纤维增强复合材料制孔中极易产生毛刺、分层等制孔缺陷,本文以硬质合金材料和PCD材料设计制造了两种结构类似的新钻型,对比分析了其制孔缺陷形成过程以及在不同工艺参数条件下轴向力和制孔缺陷的变化规律。结果表明:从两种钻型的轴向... 碳纤维增强复合材料制孔中极易产生毛刺、分层等制孔缺陷,本文以硬质合金材料和PCD材料设计制造了两种结构类似的新钻型,对比分析了其制孔缺陷形成过程以及在不同工艺参数条件下轴向力和制孔缺陷的变化规律。结果表明:从两种钻型的轴向力时变曲线能明显区分钻削的8个阶段,其中扩削刃的扩孔阶段和第二扩削刃单独参与钻削阶段的轴向力最低,两种钻型的第二扩削刃Ⅳ对制孔缺陷的显著减小有着极为关键的作用;直线刃新钻型的制孔效果要优于圆弧型的,但随着主轴转速和进给速度的增大,其抑制毛刺缺陷的能力将降低;与硬质合金新钻型相比,PCD新钻型在抑制制孔缺陷方面具有绝对优势。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料 钻削 制孔缺陷 钻型结构

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弧形金刚石砂轮机械修整研究进展 被引量：3

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作者 陈冰 卿光烨 +1 位作者 郭烨 邓朝晖 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1331-1347,共17页

弧形金刚石砂轮因特有的弧形轮廓,常用于陶瓷、光学玻璃、硬质合金等难加工材料光学元件的精密超精密磨削加工。然而,在光学元件磨削加工过程中,由于砂轮与工件表面间的相互作用,砂轮表面受到挤压破坏,长时间磨削后会产生砂轮堵塞、砂... 弧形金刚石砂轮因特有的弧形轮廓,常用于陶瓷、光学玻璃、硬质合金等难加工材料光学元件的精密超精密磨削加工。然而,在光学元件磨削加工过程中,由于砂轮与工件表面间的相互作用,砂轮表面受到挤压破坏,长时间磨削后会产生砂轮堵塞、砂轮磨损、砂轮尺寸和形状精度下降等问题,进而降低了磨削后光学元件的表面粗糙度、面形精度和损伤厚度等。修整弧形金刚石砂轮是解决上述问题的有效途径之一,机械修整因具有修整效率高、便于实现等特点,仍是弧形金刚石砂轮在位修整的主要应用方法。对弧形金刚石砂轮的机械修整方法进行了综述,探究了不同修整方法的修整机理与特点,分析了修整效果的评价方法,并对弧形金刚石砂轮机械修整的发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 精密超精密磨削加工 弧形金刚石砂轮 机械修整 修整评价方法

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基于改进EMD和GA-BPNN的机器人磨削颤振监测 被引量：2

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作者 刘伟 刘旺 +3 位作者 曹大虎 葛吉民 万林林 陈加 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期131-138,174,共9页

由于工业机器人的灵活性,被广泛应用于机器人焊缝磨削任务中。但由于机器人的弱刚性,在焊缝磨削过程中系统容易发生颤振,因此对加工过程中的颤振监测是保证加工质量的基础。针对在加工振动信号处理过程中的模态混叠现象,提出了一种基于... 由于工业机器人的灵活性,被广泛应用于机器人焊缝磨削任务中。但由于机器人的弱刚性,在焊缝磨削过程中系统容易发生颤振,因此对加工过程中的颤振监测是保证加工质量的基础。针对在加工振动信号处理过程中的模态混叠现象,提出了一种基于排列熵算法改进的经验模态分解方法,通过排列熵算法检测振动信号中的异常信号并剔除。通过相关系数法提取相关性最大的固有模态函数的能量熵作为特征值,同时提取方差、峰峰值、均方根和峭度4种时域特征。利用遗传算法优化BP神经网络(back propagation neural network,BPNN)建立颤振辨识模型,最后将提取的5种特征参数作为特征向量代入辨识模型中对加工状态进行监测。试验结果显示,提出的改进经验模态分解算法结合遗传算法优化的BPNN模型能够有效地对机器人焊缝磨削中的颤振进行监测。 展开更多

关键词 机器人磨削 颤振监测 改进经验模态分解 遗传算法 BP神经网络

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超硬磨粒可控排布砂轮研究进展 被引量：8

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作者 陈冰 郭烨 邓朝晖 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1019-1034,共16页

在磨削加工过程中,砂轮上磨粒的分布、排布方式影响着磨粒与工件材料的相互作用形式、磨削痕迹分布次序及材料去除特性等,进而决定着磨削表面形貌、亚表面质量、磨削力等。相对于磨粒随机分布的砂轮,通过合理调整有序化砂轮表面上磨粒... 在磨削加工过程中,砂轮上磨粒的分布、排布方式影响着磨粒与工件材料的相互作用形式、磨削痕迹分布次序及材料去除特性等,进而决定着磨削表面形貌、亚表面质量、磨削力等。相对于磨粒随机分布的砂轮,通过合理调整有序化砂轮表面上磨粒的位置和分布方式,有助于使砂轮表面磨粒受力均匀、容屑空间大小合理,从而减小加工过程中的磨削力,降低磨削温度,提高磨具的寿命及磨削性能。目前,相比磨粒簇和结构化等有序砂轮,磨粒有序化砂轮的研究是发展较早、相关理论较多、相对成熟的研究方向。综述了超硬磨粒可控排布砂轮制备的研究现状,探讨了磨粒定向排布、叶序排布与其他排布超硬磨粒可控排布砂轮的理论及应用现状,展望了超硬磨粒可控排布砂轮未来的研究方向。 展开更多

关键词 磨粒可控 定向排布 磨粒叶序排布 同心圆排布

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垂直磨削中磨削参数对磨削痕迹分布的影响 被引量：1

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作者 陈冰 李顺顺 +2 位作者 罗良 邓朝晖 姚洪辉 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期33-43,共11页

针对垂直磨削中磨削痕迹分布规律不明晰而使得磨削表面质量难以准确控制的问题,开展垂直磨削中磨削参数对磨削痕迹分布规律影响的研究。依据单颗磨粒磨削痕迹分布方程、仿真分析和探讨了砂轮转速、工件转速、进给速度、转速比和相移对... 针对垂直磨削中磨削痕迹分布规律不明晰而使得磨削表面质量难以准确控制的问题,开展垂直磨削中磨削参数对磨削痕迹分布规律影响的研究。依据单颗磨粒磨削痕迹分布方程、仿真分析和探讨了砂轮转速、工件转速、进给速度、转速比和相移对磨削痕迹分布的影响,基于磨削参数对磨削痕迹分布和残留高度的影响,优选出了磨削痕迹分布相对合理的磨削参数组合,并进行磨削加工对比实验。结果表明,垂直磨削法中,磨削参数通过改变磨削痕迹的长度、间距、数量、位置关系和分布情况等影响磨削后工件的表面质量。其中,相移的大小会影响磨削痕迹的首尾相接与相互错开情况,直接决定着磨削纹理的形成与否,进而成为影响磨削后工件表面质量的关键因素;此外,尽管磨削参数中工件转速相差很小,但磨削痕迹分布状况会出现显著的差异,进而导致工件表面纹理和破碎情况显著不同及表面粗糙度Ra存在59~125 nm的差距。因此,基于磨削参数对磨削痕迹分布的影响,合理的匹配磨削加工参数可大幅提高工件表面质量。 展开更多

关键词 垂直磨削法 磨削参数 相移 磨削痕迹分布

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