摘要
碳纤维复合材料由于其具有优良的物理和力学性能，在飞机领域、汽车制造、装备制造、体育用品等领域广泛使用。采用碳纤维复合材料制作结构零件通常需要加工出连接孔，以满足装配需求，然而作为一种特殊结构的难加工材料，加工时容易产生缺陷及质量问题，影响零件的使用。本文对碳纤维复合材料低频振动钻削力和表面缺陷进行研究，具有重要理论意义和应用价值。 论文从碳纤维复合材料的切削机理入手，分析了不同纤维方向下的切削形式、切屑形成方式与表面质量之间的关系，得到了低频振动钻削过程中切削厚度的变化规律，成功解释了低频振动钻削过程中钻削力的形成原因，以此为基础，建立了麻花钻临界轴向力模型。 建立了碳纤维复合材料应力-应变关系和基于Hashin失效准则的损伤模型，通过ABAQUS仿真分析，得到了碳纤维复合材料层合板在钻削过程中不同阶段的Mises应力变化特征，通过仿真和试验结果对比分析，钻削过程最大轴向力和平均轴向力误差均在15%以内，验证了仿真模型的有效性。 以单向和编织两种碳纤维复合材料层合板为对象，采用单因素和多因素正交试验方法，研究了振幅、进给量和钻削速度对钻削轴向力和扭矩的影响，建立了轴向力和扭矩的经验回归模型，研究结果表明：碳纤维复合材料低频振动钻孔时瞬时轴向力大于传统钻孔方式，但平均轴向力远小于传统钻削。 提出了一种基于图像处理的孔口分层缺陷面积的计算方法，通过计算分层因子，建立了分层因子预测模型，获得了振幅对孔圆度和孔壁粗糙度的影响规律，研究结果表明：低频振动钻削是解决碳纤维复合材料孔加工的一种有效方法。
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