旋轉超聲振動端面磨削CFRP表面質量研究*

劉樹良，陳 濤，魏宇祥，吳超群,2

（1.武漢理工大學機電工程學院，武漢 430070；2.華中科技大學數字制造裝備與技術國家重點實驗室，武漢 430074）

碳纖維增強復合材料（CFRP）是一種基于碳/石墨纖維的纖維增強聚合物，它有著極高的強度和較輕的重量。碳纖維復合材料耐熱性能好，具有高強度-質量比、高模量-質量比（E/ρ）、高阻尼能力、較好的尺寸穩定性、出色的損傷容限以及良好的耐腐蝕和抗疲勞性能，因此廣泛應用于航空航天、機器人、建造業、化工機械、醫療和軍工領域[1]。CFRP一般以樹脂為基體、碳纖維為增強體，屬于典型的難加工材料。與金屬材料不同，CFRP在不同層鋪方向上呈現各相異性、不均勻性的特點，而且碳纖維增強體強度較高，為硬脆材料，使得在磨削加工過程中工件表面質量難以保證，易出現纖維斷裂、剝離及凹坑等缺陷，磨削工具易堵塞磨損，耐用度較低[2-3]。

相比于傳統磨削加工，超聲振動磨削可以降低磨削力和磨削熱，減少工件表面、亞表面損傷以及延長磨具壽命，顯著提高加工效率，獲得較理想的加工質量。國內外學者對此進行了許多研究，李志凱[4]通過對CFRP單層板進行切削仿真和加工試驗，研究了不同纖維方向角度對基體破壞、基體損傷和工件亞表面破壞情況的影響，結果表明： 0°時材料的切削性能最好，隨著纖維方向角度的增大，加工缺陷、基體損傷和破損情況逐漸加劇。大連理工大學的任宇江[5]對碳纖維復合材料平面磨削進行了研究，在對型號TB300的多向層鋪碳纖維板進行旋轉超聲磨削加工研究中，通過多因素正交試驗，分別研究了主軸轉速、工具粒度、進給速度和切削深度對碳纖維板表面加工質量的影響。……