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摘要
目的 研究加工过程中碳纤维增强复合材料（CFRP）的破坏形式，提高CFRP的表面质量。方法 对扭转超声辅助切削CFRP的切削行为进行分解，建立扭转超声辅助切削CFRP理论模型，进行扭转超声辅助切削CFRP圆盘实验。实验后对切削力、表面粗糙度、表面凹坑特征等参数进行分析评定，并用超景深显微镜与SEM扫描电子显微镜对加工表面质量进行观察。结果 纤维切削力与表面粗糙度呈负相关关系，在粗糙度较大的凹坑区域，其径向力和切向力均相对较低。超声的附加使切削力数值高于该时刻平均水平，同时伴随着更大的能量，使纤维几乎来不及发生弯曲变形就被高能量的切削力瞬间剪断，与传统加工相比，纤维的断裂点和脱粘点之间的距离更小。在传统加工方式下，表面凹坑的平均宽度在50°附近达到最大值（652μm），表面凹坑的平均深度最高超过30μm，严重影响了装配精度；在超声加工方式下，凹坑的特征宽度和特征深度明显减小且波动幅度较小。结论 树脂-纤维的脱粘深度决定了表面凹坑的深度和宽度，在扭转超声振动加工方式下，纤维弯曲变形较小，可以有效抑制脱粘情况，纤维断裂形式以剪切断裂为主，而且纤维方向性也得到了抑制，有利于提升表面质量。为了避免CFRP加工中的损伤，可以从复合材料结合强度、CFRP铺层布局与加工工艺等方面着手。
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