题目：C/C复合材料旋转超声铣磨加工技术研究

C/C复合材料是先进复合材料大家庭中的一员，它是一类以碳纤维为增强体，碳为基体的复合材料。它具有许多突出的优点：高温强度好；比强度、比模量高；热膨胀系数小；断裂韧性、抗疲劳性和抗蠕变性良好以及抗热冲击、耐烧蚀和耐高速摩擦性能优异等。在我国航空航天领域应用日益广泛，其成型件的连接装配、安装定位等都需要加工出孔、槽、切边和型腔等特征。为了达到优异的连接性能、装配精度和使用精度，对成型件的加工精度、加工质量和加工效率的要求也在不断提高。因此，很有必要积极开展C/C复合材料的加工技术研究。

C/C复合材料是典型的难加工材料，具有很强的耐磨性。就国内外纤维增强复合材料加工效果来看，旋转超声铣磨加工无疑是值得进一步深入研究的方向。本文拟采用加工机理分析、刀具研制、试验研究相结合的方法开展C/C复合材料旋转超声铣磨加工技术研究。主要成果及结论如下：


C/C复合材料制备技术及其断裂机理分析。具体分析了C/C复合材料的制备技术，并指出C/C复合材料在外力作用下的缺陷分为碳基体开裂、碳纤维断裂、碳基体—碳纤维之间的界面脱粘以及纤维拔出和分层等，为论文的后续各章研究打下坚实的材料理论基础。

旋转超声铣磨加工C/C复合材料运动机理分析。通过分析单颗金刚石磨粒与工件的相对位置关系、速度、加速度以及引入切入角等参数，建立了旋转超声铣磨加工C/C复合材料运动学模型。

进行了超声刀具侧面金刚石磨粒和端面金刚石磨粒旋转超声铣磨加工的切削特性分析。该机理是分析加工条件、切削参数与目标函数的基础。具体推导出单颗金刚石磨粒切削工件材料的切削深度和单颗金刚石磨粒切削路径的长度。由于并不是所有的金刚石磨粒都会参与切削，因此还研究了切削过程中有效切削金刚石磨粒数。根据理论公式，通过测力仪测得的切削力可以推断出金刚石刀具端面的磨粒切入工件的深度。本章的研究工作对后续的试验设计和工程应用具有很强的的指导意义。

研制适合C/C复合材料加工的金刚石铣磨刀具，包括：材质的选择，结构形式的优化设计以及金刚石磨粒的工艺分析等。并对金刚石铣磨刀具刚度进行有限元分析，结果表明金刚石铣磨刀具在切削加工中径向变形和轴向变形都很小，对工件的尺寸误差影响很小，可以忽略不计。

最后，开展传统刀具和金刚石铣磨刀具超声振动辅助加工C/C复合材料的试验研究。着重讨论了利用金刚石铣磨刀具进行旋转超声铣磨加工C/C复合材料的切削参数优化：首先通过单因素试验找出最佳粒度和最优结构的金刚石铣磨刀具，进而通过设计正交试验，探索影响旋转超声铣磨加工C/C复合材料各切削参数（转速、进给、切深）的主次顺序，以及每个因素贡献率的大小。试验结果表明：各切削参数中，进给对切削力贡献最大，达到53.82%；其次是切深，占28.26%；转速的贡献最小，占13.95%；切深对评定表面质量的表面均方根偏差 贡献最大，达到52.79%；其次是转速，占28.92%；进给的贡献最小，占14.43%。