王玉华 刘枭鹏 余晓奥 宋新月

摘要：本文利用有限元法，建立三维CFRP切削模型，探究了不同角度下CFRP的切削机理及切屑形成过程，仿真结果发现：切削0°CFRP时，当刀具接触到工件时，刀尖前端的材料最先被破坏，并沿纤维方向开始产生裂纹。切削45°CFRP时，边缘材料发生整体弯曲，但弯曲方向有所不同。切削90°CFRP时，随着刀具的进给，沿纤维方向的裂纹不断产生，裂纹沿着纤维方向不断向工件外围蔓延，在刀具前刀面的推挤作用下形成切屑。切削135°CFRP时，当刀具还没有实际接触到后续材料时，就已经有部分材料达到失效强度而被删除。

关键词：CFRP切削;有限元建模;材料成型;失效机理

1引言

碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic，CFRP）因具有高比强度和比刚度的特性而广泛应用于汽车及航空等领域，但该材料由于其自身特性在二次加工过程中很容易形成缺陷 。Arola和Ramulu[1-3]采用有限元对CFRP进行正交切削仿真，模型中考虑了刀具的各个角度以及刀具与工件间的摩擦，仿真结果验证了数值模拟对切削力具有预测性。秦旭达[4]等针对复合材料正交各向异性的特点，基于Hashin失效准则[5，6]建立CFRP单向板纤维铺层二维正交切削宏观模型。虽然秦的模型对研究CFRP切削具有参考意义，但模型将材料设置成壳体，与实际存在一定差异，同时基于二维构造的模型在分析过程中难免存在偏差，很难预测切屑在立体条件下的形态。

为探究宏观尺度下CFRP的破坏机理，本文选用Abaqus仿真软件建立等效均值（EHM）模型，同……