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GFRP铣削开料及破坏机理的研究

梁星宇 杨沛琪 伍占文 贾翀 郭晓磊

梁星宇, 杨沛琪, 伍占文, 贾翀, 郭晓磊. GFRP铣削开料及破坏机理的研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (9): 60-65, 73. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.008
引用本文: 梁星宇, 杨沛琪, 伍占文, 贾翀, 郭晓磊. GFRP铣削开料及破坏机理的研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (9): 60-65, 73. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.008
LIANG Xingyu, YANG Peiqi, WU Zhanwen, JIA Chong, GUO Xiaolei. Study of GFRP milling rough shape cutting and failure mechanism[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (9): 60-65, 73. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.008
Citation: LIANG Xingyu, YANG Peiqi, WU Zhanwen, JIA Chong, GUO Xiaolei. Study of GFRP milling rough shape cutting and failure mechanism[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (9): 60-65, 73. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.008

GFRP铣削开料及破坏机理的研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.008
基金项目: 国家自然科学基金(31971594)
详细信息
    作者简介:

    梁星宇,男,1974年生,硕士,研究员,研究方向为木材及其制品的加工工艺、质量监测及标准化研究,发表论文10余篇。E-mail:993039861@qq.com

    通讯作者:

    郭晓磊,男,1980年生,博士,教授,研究方向为木材加工装备与信息化理论。E-mail:xiaolei.guo@njfu.edu.cn

  • 中图分类号: TS642

Study of GFRP milling rough shape cutting and failure mechanism

  • 摘要: 以玻璃纤维增强复合塑料(GFRP)为试材,按照试验设计的切削速度(251.2、301.44、351.68、401.92、452.16 m/min)和进给速度(0.1、 0.2、 0.3、 0.4、 0.5 m/min),选用硬质合金刀具对GFRP进行了铣削开料试验,研究了切削速度和进给速度对铣削力、铣削温度和表面粗糙度的影响,并借助扫面电镜研究了GFRP表面损伤机理。结果表明:当增加切削速度时,铣削力和表面粗糙度逐渐降低,而铣削温度逐渐升高;当增加进给速度时,铣削温度升高、铣削力和表面粗糙度逐渐增大。均值分析得出进给速度对铣削力、铣削温度、表面粗糙度的影响大于主轴转速。GFRP表面损伤主要有树脂破坏和纤维破坏两种形式。

     

  • 图  1  GFRP铣削开料加工示意图

    图  2  铣削力Fx与铣削参数的箱线图

    图  3  铣削参数对铣削力Fx影响趋势的等高线图

    图  4  铣削力Fy与铣削参数的箱线图

    图  5  铣削参数对铣削力Fy影响趋势的等高线图

    图  6  铣削温度T与铣削参数的箱线图

    图  7  铣削参数对铣削温度T影响趋势的等高线图

    图  8  表面粗糙度Ra与铣削参数的箱线图

    图  9  铣削参数对表面粗糙度Ra影响趋势的等高线图

    图  10  GFRP已加工表面形貌图

    表  1  GFRP材料成分及性能表

    树脂成分占比/(%)玻璃纤维成分占比/(%)
    溴化环氧树脂99.97MgO0~5
    B2O3.5~10
    Na2O、 K2O0~2
    Fe2O30.05~0.4
    F20~1.0
    SiO252~56
    水解氯0.02~0.035CaO16~25
    Al2O312~16
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    表  2  硬质合金刀具的工艺参数

    刀齿数量刀刃直径/
    mm
    最大转速/
    (r/min)
    刀柄直径/
    mm
    总长度/
    mm
    282400012.770
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    表  4  Fx均值响应表

    水平切削速度进给速度
    1126.4241.91
    2115.7365.38
    3108.9198.61
    468.11123.09
    557.72147.89
    Delta68.7105.98
    排秩21
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    表  3  试验设计及结果

    序号v/(m/min)vf /(m/min)Fx/NFy/NT/℃Ra/μm
    1251.20.152.1655.88114.000.472
    2251.20.284.5367.93137.100.571
    3251.20.3131.20101.53148.100.795
    4251.20.4169.00129.90151.101.148
    5251.20.5195.20177.10165.001.760
    6301.440.144.3447.85115.100.455
    7301.440.278.3765.79144.000.570
    8301.440.3119.6096.42149.500.763
    9301.440.4148.30120.60152.801.028
    10301.440.5188.04133.60165.901.746
    11351.680.142.2636.42109.800.455
    12351.680.271.3158.33146.500.560
    13351.680.3115.5092.56150.900.732
    14351.680.4141.20102.20161.500.985
    15351.680.5174.30119.50167.101.737
    16401.920.140.3731.84119.400.427
    17401.920.250.5745.53149.800.549
    18401.920.368.4563.50155.800.716
    19401.920.482.7484.40163.400.946
    20401.920.598.4094.57168.901.717
    21452.160.130.4327.88146.200.379
    22452.160.242.1144.42149.500.527
    23452.160.358.3261.87159.100.708
    24452.160.474.2377.82168.800.909
    25452.160.583.5290.80171.401.656
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    表  5  Fy均值响应表

    水平切削速度进给速度
    1106.4739.97
    292.8556.4
    381.883.18
    463.97102.98
    560.56123.11
    Delta45.9183.14
    排秩21
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    表  6  铣削力拟合数值表

    模型SR2R2(调整)R2(预测)
    Fx17.991 988.25%87.18%83.89%
    Fy9.971 2493.19%92.57%90.25%
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    表  7  铣削温度T均值响应表

    水平切削速度进给速度
    1143.1120.9
    2145.5145.4
    3147.2152.7
    4151.5159.5
    5159167.7
    Delta15.946.8
    排秩21
    下载: 导出CSV

    表  8  铣削温度拟合数值表

    模型SR2R2(调整)R2(预测)
    T7.2266185.00%83.64%80.07%
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    表  9  表面粗糙度Ra均值响应表

    水平切削速度进给速度
    10.949 10.437 6
    20.912 50.555 3
    30.893 80.742 7
    40.870 81.003 4
    50.835 91.723 2
    Delta0.113 21.285 6
    排秩21
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2023-03-23
  • 录用日期:  2023-07-13

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