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上海大学硕士学位论文中图分类号：TH161单位代号：10280密级：公开学号：08721014硕士学位论文SHANGHAIUNIVERSITYMASTER’SDISSERTATION题目PCD刀具铣削CFRP材料工艺中的关键技术研究作者陈孝光学科专业机械制造及其自动化导师李明教授王永国副教授完成日期2011年04月上海大学硕士学位论文I上海大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合上海大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：主任：委员：导师：答辩日期：上海大学硕士学位论文II原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：本论文使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：上海大学硕士学位论文III上海大学工学硕士学位论文PCD刀具铣削CFRP材料工艺中的关键技术研究姓名：陈孝光导师：李明教授王永国副教授学科专业：机械制造及其自动化上海大学机电工程与自动化学院2011年04月上海大学硕士学位论文IVADissertationSubmittedtoShanghaiUniversityfortheDegreeofMasterinEngineeringResearchonKeyTechnologyinMillingCFRPUsingPCDToolsM．D．Candidate：ChenXiaoguangSupervisor：LiMingWangYongguoMajor：MechanicalManufacturing&AutomationSchoolofMechatronicsEngineeringandAutomation,ShanghaiUniversityApril,2011上海大学硕士学位论文VPCD刀具铣削CFRP材料工艺中的关键技术研究摘要聚晶金刚石刀具(PCD刀具)是一种超硬材料制造的刀具，具有高硬度、高耐磨性、良好的韧性等特点，是国际上公认最具提高生产效率潜质的一种切削刀具，被广泛应用于汽车发动机加工、航空业复合材料加工、双金属材料以及有色金属等加工领域。碳纤维增强复合材料（CFRP）具有高比强度、高比模量、抗疲劳性能好、耐热性能优良等特点，已被广泛应用于航空、航天、汽车等诸多领域。但该材料的特点也给机械加工提出了新的问题，具体表现在易对刀具造成磨损，易撕裂，易起毛刺等。本文对PCD刀具铣削CFRP材料工艺中的关键技术进行研究，对如何有效地解决CFRP材料加工过程中等相关问题开展了理论分析和实验研究，其主要研究内容和成果如下：1、建立了切削系统的动态铣削力模型，并对模型进行验证，为正确建立数值模拟模型提供理论依据。2、对不同刀具加工CFRP材料开展了实验研究。通过切削力、毛刺、撕裂等情况综合进行切削性能评价。建立了相应的切削性能评价模型。3、利用建立的铣削性能模型以及层次分析法等系统工程方法，评价了数组实验研究结果，并对其系统性能进行了评价。研究证明，在合适的工艺条件下，PCD刀具对CFRP材料的加工具有较为突出的优点，对比硬质合金以其涂层刀具具有非常大的优势。研究成果丰富了我国复合材料的加工方法与理论，有助于缩小我国与工业发达国家在复合材料优化加工研究方面的差距，为应用于航空以及新兴制造领域的聚晶金刚石刀具设计、制造和使用提供参考。关键词：聚晶金刚石刀具，复合材料，加工工艺，切削性能评价。上海大学硕士学位论文VIResearchonKeyTechnologyinMillingCFRPUsingPCDToolsABSTRACTPolycrystallinediamond(PCD)toolisakindofsuperhardtool.Usedwidelyinmachinemotorengine,CFRPmaterialusedinaerospace,bimetalmaterialandnon-ferrousmetal.Asthesuper-hardness,goodwearresistance,well-toughness,itwasconsideredtobethemostpotentialtoolsforimproveproductivity.Carbonfiberreinforcedplastics(CFRPs)havebeenwidelyusedinautoindustry,aerospaceandtransportationapplicationsbecauseoftheirexcellentmechanicalpropertiessuchashighspecificstrength,highspecificstiffnessandgoodheatresistance.Asthepropertiesmentionedabove,themachinabilityofCFRPsisspecial.Theybelongtodifficult-to-cutmaterials,andwhentheyaremachined,problemsuchasdelamination,tearing,burrandsoonareeasytooccur.UsingPCDtoolisasolutiontotheCFRPsmachiningproblem.It’snecessarytodoresearchonthemachinabilityofPCDmillingtoolsforCFRPsInthisthesis,theoreticalanalysisandcuttingexperimentalstudyweretakenfordoingresearchonthekeytechnologyinmillingCFRPusingPCDtools.Themainjobsinclude:1.Establishcuttingforcemodelandverifythemodel.2.DoexperimentresearchonsystemswithdifferentcuttingtoolsanddifferentcuttingconditionsformachiningCFRPs.Makecuttingperformanceevaluationonthesystemsthroughevaluatingthecuttingforce,burranddelaminationofthosesystems.3.DosystematicreviewtoseveralcuttingsystemsbyusingmethodofsystemengineeringsuchasAHPandDelphimethod.ThisthesisdidtheoryanalysisandexperimentalresearchonPCDmillingtoolsforCFRPs,theachievementsofthisresearchenrichedthemanufacturingmethodandtheoryofCFRPs,whichcanhelptoimprovetheprocessingcapabilityinChina.ItalsocanhelptodesignPCDtoolsforCFRPsusingaerospace.Keywords:PCD,CFRP,technologyresearch,Cuttingperformanceevaluation上海大学硕士学位论文VII目录摘要...............................................................................................................................................VABSTRACT....................................................................................................................................VI目录............................................................................................................................................VII第一章绪论.....................................................................................................................................11.1课题研究背景...............................................................................................................11.2PCD刀具概述..............................................................................................................31.3复合材料发展与应用概述...........................................................................................41.4PCD刀具铣削CFRP材料性能研究的提出及意义..................................................61.5国内外的研究现状.......................................................................................................91.6本课题研究的主要内容及难点问题..............................................................................10第二章工艺研究的目标及分析...................................................................................................112.1工艺研究目标.............................................................................................................112.1.1工艺系统研究目标.........................................................................................112.1.2研究技术路线.................................................................................................122.1.3实验系统参数分析..........................................................................