答辩博士：梁宇红
指导教师：陈燕 教授
论文题目：碳纤维增强树脂基复合材料超声振动辅助磨削的基础研究
答辩委员会：
主席：汤文成 教授 东南大学
委员：谭业发 教授 陆军工程大学
曲宁松 教授 南京航空航天大学
徐九华 教授 南京航空航天大学
李 亮 教授 南京航空航天大学
丁文锋 教授 南京航空航天大学
陈 燕 教授 南京航空航天大学
秘书：张全利 副教授 南京航空航天大学
时间： 2021年7月16日9:00
地点： 南航明故宫校区A4号楼216室
学位论文简介：
碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics，CFRP）鉴于其优良的力学性能，在航空航天领域取得了广泛的应用。为了满足零件所需的表面质量、尺寸公差和装配精度要求，CFRP结构件常常需要进行侧边加工，而磨削加工是CFRP侧边加工中的一个重要方法，传统的无序磨粒工具，由于其较低的磨粒出露高度、有限的容屑空间，在磨削过程中时常产生堵塞现象。超声振动辅助磨削技术可以有效减小磨削力、改善加工质量、提高工具耐用度，但是由于传统的工具磨粒分布不均匀且无序排布，工件表面质量不易控制，针对CFRP的超声振动作用影响下的磨削过程机理也缺乏深入的分析，使得超声振动辅助磨削技术在CFRP侧边加工中的优势未得以充分发挥。有鉴于此，本文提出开展钎焊有序排布磨粒工具超声振动辅助磨削技术的研究。通过模拟仿真、工艺试验对工具的相关参数进行设计，在此基础上开展了超声振动辅助侧磨和超声振动辅助磨槽加工试验，对其磨削加工性能进行验证。
论文完成的主要研究工作及取得的成果如下：
（1）基于超声振动辅助磨削时磨粒的运动学特性，揭示了超声振动的引入对单颗磨粒最大切厚、磨粒有效前角以及纤维切削角的影响规律。通过仿真分析确定了钎焊有序排布磨粒工具的基体材料；通过对相邻磨粒运动轨迹干涉重叠程度和磨削弧区内磨粒数的分析确定了磨粒排布角度；借助试验手段通过对表面质量的对比分析，确定了工具的磨粒周向间距与磨粒粒度。
（2）基于有限元法建立了三维细观超声振动辅助磨削仿真模型，分析了碳纤维和树脂基体的失效行为，揭示了不同纤维方向材料的去除机制。在此基础上，进一步阐明了磨削深度和磨削速度对超声振动辅助磨削中磨屑形成过程的影响规律。同时在单颗磨粒磨削试验的基础上，探讨了超声振动的引入对不同纤维方向材料的磨削表面磨痕形貌和轮廓形貌的影响机制。
（3）构建了CFRP多向板的超声振动辅助磨削力模型，确定了不同纤维切削角的切向和法向磨削力系数，并对该模型进行了试验验证。同时建立了三维温度场仿真模型，揭示了CFRP多向板的温度演变规律与分布特征；并阐明了磨削参数对磨削力和磨削温度的变化规律。
（4）利用钎焊有序排布磨粒工具对CFRP开展了超声振动辅助侧磨与磨槽试验，阐明了磨削速度、进给速度、磨削深度对工具形貌和工件表面形貌、表层形貌的影响规律，进一步验证了钎焊有序排布磨粒工具在超声振动辅助磨削CFRP时避免工具堵塞和改善表面质量方面的优异性能。
主要创新点如下：
（1）提出了适用于UVAG加工CFRP的钎焊有序排布金刚石磨粒工具的磨粒分布参数，提高了工具容屑空间，有效解决了工具堵塞问题，减少了工件加工表面损伤，改善了磨削表面质量。
（2）提出了单颗磨粒磨削CFRP的三维细观有限元仿真方法，揭示了UVAG加工不同纤维方向材料去除过程中的纤维断裂和基体破坏机制，阐明了超声振动的引入对磨屑形成过程和表面缺陷形成过程的影响机制。
（3）构建了CFRP多向板的UVAG磨削力和磨削温度预测模型，揭示了UVAG加工CFRP时磨削参数对磨削力和磨削温度的变化规律，为CFRP超声振动辅助侧磨和磨槽工艺参数优化提供了理论指导。
