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超声振动辅助切削对碳纤维增强树脂复合材料面下损
伤影响的仿真研究
陈文翔张旭
（上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海201620）
文摘碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在传统加工（OC）过程中存在着切削力过大、表面质量不佳、
面下损伤较为严重等问题。为了改善上述问题，本文提出使用超声振动辅助切削（UVC）工艺加工CFRP，通过
仿真分析对切削力与面下损伤深度进行研究。结果表明：使用UVC加工CFRP可降低13%~80%的切削力，且
纤维方向角对切削力影响较小。与OC相比，UVC切削0°、45°纤维方向角的CFRP时可以减少约50%的面下
损伤深度；在切削90°、135°纤维方向角的CFRP时虽然没有改善面下损伤深度，但取得了较为平整的已加工表
面以及较小的损伤区域。
关键词有限元仿真，碳纤维增强树脂基复合材料，超声振动切削，面下损伤
中图分类号：TB332DOI：10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.003
SimulationStudyonTheEffectofUltrasonicVibrationAssistedCuttingon
SubsurfaceDamageofCFRP
CHENWenxiangZHANGXu
（SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，ShanghaiUniversityofEngineeringScience，Shanghai201620）
AbstractThereweresomeproblemsintheordinarycutting（OC）processofcarbonfiberreinforcedresinmatrix
composites，suchasexcessivecuttingforce，poorsurfacequalityandseriousundersurfacedamage.Inordertoimprove
theaboveproblems，thispaperproposedtouseultrasonicvibrationassistedcuttingprocessedCFRP.Thecuttingforce
andsubsurfacedamagedepthwerestudiedthroughsimulationanalysis.TheresultsshowthatmachiningCFRPwithUVC
canreducethecuttingforceby13%~80%，andthefiberdirectionanglehaslittleeffectonthecuttingforce.Compared
withOC，UVCprocessingCFRPwith0°and45°fiberdirectionanglecanreducethedepthofsubsurfacedamageby
appoximately50%；WhenprocessingCFRPwith90°and135°fiberdirectionangle，althoughthedamagedepthunder
thesurfaceisnotimproved，arelativelyflatmachinedsurfaceandsmalldamageareaareobtained.
KeywordsFiniteelementsimulation，CFRP，Ultrasonicvibrationcutting，SubsurfaceDamage
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