碳纖維複合材料與疊層結構切削加工理論及應用技術（簡體書）

本書介紹了碳纖維複合材料可加工性及國內外研究進展，從系統的角度，遵循基礎理論研究、工藝技術研究、典型結構應用的技術路線，闡述了碳纖維複合材料與疊層結構切削加工和傳統的金屬切削加工的差異性，並指出由此而帶來的相關切削機理、物理建模與仿真、加工缺陷檢測、質量標準與評價、切削工藝優化和先進刀具技術等方面的挑戰，提供了大量基礎性工藝數據和工藝技術規範。全書共分為六章，第1章是緒論，第2章是複合材料疊層結構切削有限元仿真研究，第3章是碳纖維增強複合材料切削加工機理，第4章是碳纖維複合材料/合金疊層結構鑽削加工試驗研究，第5章是碳纖維複合材料切削加工表面質量評價，第6章是碳纖維複合材料切削加工工藝及應用。

陳明，上海交通大學特聘教授，博士生導師，製造技術與裝備自動化研究所所長。
研究工作涉及高速切削、高效磨削、先進刀具、超硬砂輪、製造系統、金剛石塗層、微納米加工、多軸聯動數控加工等方面。研究成果應用於航空、航天、汽車、汽輪機和發動機等重大裝備製造領域。 主持完成國家科技重大專項、國家自然科學基金項目和企業合作項目等100余項；研究成果先後獲國家科技進步二等獎(排1)和中國機械工業科學技術獎一等獎(排1)；授權國家發明專利30余項；培養博士和碩士100余名，其中上海市優秀博士/碩士學位論文獲得者2人；在《機械工程學報》、《Transactions of ASME》、《Diamond & Related Materials》等國內外期刊上發表學術論文SCI/EI論文300多篇；多項學術兼職如：國際磨料技術委員會(ICAT- International Committee for Abrasive Technology)委員，中國刀協切削先進技術研究會副理事長兼秘書長等。

第1章緒論1
1.1複合材料的定義1
1.2碳纖維複合材料的組成、性質及應用2
1.3碳纖維複合材料可加工性及國內外研究進展6
1.3.1碳纖維複合材料的可加工性7
1.3.2碳纖維複合材料切削力行為8
1.3.3碳纖維複合材料切削熱行為9
1.3.4碳纖維複合材料切削表面質量10
1.3.5碳纖維複合材料切削刀具磨損11
1.3.6碳纖維複合材料切削刀具15
1.3.7複合材料特種加工方法17
1.4碳纖維複合材料切削加工的挑戰19
參考文獻20

第2章複合材料疊層結構切削有限元仿真研究24
2.1引言24
2.2複合材料疊層結構的物理特性和基本構型25
2.2.1鈦合金層26
2.2.2碳纖維複合材料層27
2.3複合材料模型的幾何特徵與邊界條件29
2.3.1疊層結構切削仿真基本假設29
2.3.2基於界面切削和界面損傷形成機制研究的CFRP/Ti有限元
模型30
2.3.3基於切削順序和切削參數影響研究的CFRP/Ti有限元模型31
2.3.4運動方程： Abaqus/Explicit方案32
2.4材料本構關係和漸進損傷準則33
2.4.1鈦合金本構模型33
2.4.2碳纖維複合材料本構模型36
2.4.3界面本構模型39
2.5疊層結構正交切削模型實驗驗證42
2.6疊層界面切削機理研究43
2.6.1碳纖維複合材料/鈦合金疊層結構正交切削過程研究43
2.6.2疊層界面切削損傷形成機理45
2.6.3疊層結構次表層損傷研究50
2.7切削順序對疊層結構加工性的影響52
2.7.1切削順序對疊層結構切屑形成過程的影響53
2.7.2切削順序對疊層結構已加工表面形貌的影響56
2.7.3切削順序對疊層結構次表層損傷的影響57
2.8纖維鋪層方向對疊層結構可加工性的影響59
2.8.1纖維鋪層方向對疊層結構切屑去除過程的影響59
2.8.2纖維鋪層方向對疊層結構已加工表面質量的影響61
2.9本章小結64
參考文獻64

第3章碳纖維複合材料切削加工機理68
3.1引言68
3.2碳纖維預浸布料單點飛切試驗69
3.2.1試驗材料和刀具69
3.2.2試驗條件70
3.2.3不同纖維方向的切斷力變化規律71
3.2.4不同纖維方向的切削斷口變化規律74
3.3基於全纖維切削角的碳纖維複合材料圓盤切削試驗82
3.3.1試驗材料和刀具83
3.3.2試驗條件與測試方案84
3.3.3切削加工表面形貌及表面損傷特徵評價87
3.3.4碳纖維複合材料細觀層面材料斷裂與典型切削表面形成機理91
3.3.5切削力特徵及其與加工缺陷之間的內在聯繫95
3.3.6碳纖維複合材料鑽削過程材料斷裂及缺陷形成機理101
3.4本章小結104
參考文獻105

第4章碳纖維複合材料/合金疊層結構鑽削加工試驗研究107
4.1引言107
4.2疊層結構正交切削機理108
4.2.1疊層結構切屑去除過程108
4.2.2切削力與切削比能113
4.2.3碳纖維複合材料/鈦合金疊層結構切屑形態分析114
4.2.4碳纖維複合材料已加工表面回彈現象118
4.2.5疊層結構已加工表面質量120
4.3疊層結構鑽削過程及力熱行為123
4.3.1鑽削力變化規律125
4.3.2鑽削溫度變化規律128
4.4疊層界面切削及損傷演化機理131
4.4.1鈦合金切屑形態及成屑規律131
4.4.2疊層界面損傷演化機理133
4.4.3碳纖維複合材料孔壁損傷演化機理134
4.5碳纖維複合材料/鈦合金疊層結構制孔精度分析134
4.5.1鑽削參數對制孔精度的影響134
4.5.2疊層順序對孔精度的影響137
4.5.3碳纖維複合材料層孔出口分層137
4.6基於成屑規律的鑽削損傷抑制策略140
4.6.1基於切點軌跡時空有序分佈的切屑尺寸主動控制140
4.6.2啄鑽力熱行為142
4.6.3碳纖維複合材料層孔壁損傷與制孔精度分析144
4.7本章小結147
參考文獻148

第5章碳纖維複合材料切削加工表面質量評價149
5.1引言149
5.2碳纖維複合材料制孔缺陷評價方法149
5.2.1各類制孔缺陷評價方法150
5.2.2制孔缺陷綜合評價方法151
5.3碳纖維複合材料單向層合板的表面粗糙度評價152
5.3.1常用表面粗糙度評價方法152
5.3.2碳纖維複合材料單向層合板粗糙度輪廓特徵及其評價方法153
5.4碳纖維複合材料單向層合板的制孔缺陷及其形成機理155
5.4.1分層156
5.4.2撕裂158
5.4.3毛刺160
5.4.4碳纖維複合材料單向層合板制孔缺陷總結162
5.5碳纖維複合材料單向層合板分層缺陷的三維體積評價方法163
5.5.1分層缺陷的檢測方法163
5.5.2碳纖維複合材料單向層合板分層缺陷的SAM定征試驗165
5.5.3三維體積分層因子評價方法169
5.6基於聲發射信號的碳纖維複合材料切削缺陷主動控制172
5.6.1聲發射信號定征試驗174
5.6.2基於聲發射信號的碳纖維複合材料切削缺陷預測建模181
5.7碳纖維複合材料承載性能及其對制孔損傷敏感性分析182
5.7.1碳纖維複合材料力學性能測試183
5.7.2碳纖維複合材料靜拉伸力學性能及其對制孔損傷敏感性分析186
5.7.3碳纖維複合材料拉伸疲勞性能及其對制孔損傷敏感性分析189
5.8本章小結192
參考文獻193

第6章碳纖維複合材料切削加工工藝及應用194
6.1引言194
6.2複合材料加工刀具194
6.2.1刀具材料194
6.2.2複合材料加工鑽頭196
6.2.3複合材料銑刀198
6.3碳纖維複合材料大孔徑加工工藝優化199
6.3.1試驗方案規劃199
6.3.2大孔徑制孔過程分析和工序優化201
6.3.3大孔徑制孔刀具穩定性分析207
6.4碳纖維複合材料異形孔數控加工工藝216
6.4.1試驗方案規劃217
6.4.2加工效果對比218
6.5複合材料/合金疊層結構鑽削工藝驗證試驗平臺製備與應用220
6.5.1低頻振動鑽削工藝原理及裝置220
6.5.2複合材料/合金疊層結構自動鑽削裝備試驗平臺製備222
6.5.3複合材料/合金疊層結構自動鑽削裝備試驗平臺測試230
6.5.4低頻振動鑽削工藝與普通鑽削工藝對比分析233
6.6本章小結239
參考文獻240