碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法，對(duì)將待表征工件設(shè)為有界區(qū)域上的連續(xù)曲面塊，對(duì)表面形貌特征函數(shù)F(x,y)進(jìn)行測(cè)量；步驟B，對(duì)有界區(qū)域三維表面的形貌特征函數(shù)F(x,y)進(jìn)行小波成分分解并可進(jìn)一步進(jìn)行表面形貌的表征。本發(fā)明基于小波評(píng)定基準(zhǔn)，能真實(shí)反映CFRP切削表面形貌，同時(shí)通過(guò)計(jì)算表征參數(shù)得出準(zhǔn)確表征切削表面形貌。本發(fā)明從小波理論出發(fā)，采用小波變換方法計(jì)算CFRP切削表面的多重分形譜，定義多重分形參數(shù)表征CFR切削表面形貌的特征?；贑FRP切削表面多重分形特性分析建立形貌表征模型，不僅可以描述加工表面整體的特征，還能描述其局部形貌特征。
【專(zhuān)利說(shuō)明】碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維復(fù)合材料(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Polymer)是一種力學(xué)性能優(yōu)異的高科技新型材料，它以輕質(zhì)高強(qiáng)度、高比模量、低熱膨脹系數(shù)及出色的耐熱性和耐磨損等優(yōu)點(diǎn)在航空航天、交通運(yùn)輸、運(yùn)動(dòng)器材、土木建筑及其它工業(yè)特色用材等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。與普通金屬材料的加工機(jī)理，其物質(zhì)特征為各向異性。且CFRP機(jī)械加工表面缺陷較多，這些缺陷并非全由刀刃直接切出，其切削表面會(huì)產(chǎn)生許多特殊形貌。
[0003]目前碳纖維復(fù)合材料加工表面形貌表征技術(shù)仍采用或借用基于各向同性假設(shè)建立的金屬材料工件表面質(zhì)量的表征標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)定模型，以至即使采用非常先進(jìn)的表面粗糙度測(cè)量?jī)x器，并利用針對(duì)金屬材料工件表面特點(diǎn)建立的表面質(zhì)量表征參數(shù)去建立CFRP表面形貌評(píng)定模型，所得出的結(jié)論與實(shí)際情況仍有較大的誤差。相對(duì)于金屬材料工件切削表面均勻、有規(guī)律而言，CFRP與金屬材料最大的區(qū)別是它具有各向異性的特點(diǎn)，其工件的切削表面微觀形貌幾何特征不同于金屬材料切削表面，普通金屬材料的切削加工理論表面粗糙度可以用公式計(jì)算，CFRP的機(jī)械加工表面缺陷很多，包括纖維松弛、纖維斷裂、纖維沿長(zhǎng)度方向暴露或脫落、纖維與基體脫粘、分層等，加工表面上既有突出的纖維也有失去纖維而留下的凹槽和孔洞，這些谷峰輪廓并非由刀刃直接切出，故CFRP經(jīng)切削加工后，不宜采用現(xiàn)有普通材料的公式計(jì)算其理論表面粗糙度。纖維方向、加工條件是決定CFRP加工表面形貌的主要因素，甚至加工中不同的壓力和剪切力也導(dǎo)致不同的表面形貌，CFRP的機(jī)械加工表面要比普通金屬機(jī)械加工表面復(fù)雜的多。
[0004]CFRP工件以其非易裝夾且難保證切削高深寬比、形狀復(fù)雜，決定了其加工具有極小尺度，在極高精度的微納制造族群中具有特殊要求。目前技術(shù)對(duì)碳纖維復(fù)合材料基本上使用的還是以二維粗糙度的幅度參數(shù)為主，輔以混合參數(shù)。鑒于CFRP加工表面屬于各向異性類(lèi)型，二維粗糙度對(duì)這類(lèi)表面的評(píng)定精度很低，且二維表面輪廓粗糙度的表征與分析對(duì)于表面信息的使用有限，難以對(duì)工件表面形貌進(jìn)行全面有效的評(píng)價(jià)，CFRP工件表面結(jié)構(gòu)的空間分布特性，決定了只有在三維范圍內(nèi)才能精確表征表面粗糙度，這也是反映材料表面特征的本質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種能真實(shí)反映CFRP工件切削表面微觀形貌的3D評(píng)定與表征技術(shù)，開(kāi)發(fā)形成三維表面形貌表征體系。
[0006]一種碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法，包括以下步驟，
[0007]步驟A，將待表征工件設(shè)為有界區(qū)域上的連續(xù)曲面塊，對(duì)表面形貌特征函數(shù)F(x, y)進(jìn)行測(cè)量；
[0008]步驟B，對(duì)有界區(qū)域三維表面的形貌特征函數(shù)F(x，y)進(jìn)行小波成分分解，記F(x, y)=Fi+1，將Fi+1分解為表面形貌函數(shù)Gi及表征基準(zhǔn)面函數(shù)Fi,并將Fi進(jìn)行下一層分解，得Fw=GfGiWGp2+...+Gm+Fm，其中，F(xiàn)m即為小波分解的表征基準(zhǔn)面。
[0009]進(jìn)一步的，所述步驟B滿(mǎn)足以下公式:
[0010]h^x, y)=F(x, y)-h2 (x, y)
[0011]其中，Ii1Uy)是相對(duì)于理想表面形狀的尺寸偏差，h2(x，y)表示評(píng)定基準(zhǔn)面。
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟B滿(mǎn)足以下公式:
[0013]Fw=FfGi
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法，其特征在于:包括以下步驟，步驟A，將待表征工件設(shè)為有界區(qū)域上的連續(xù)曲面塊，對(duì)表面形貌特征函數(shù)F(x，y)進(jìn)行測(cè)量； 步驟B，對(duì)有界區(qū)域三維表面的形貌特征函數(shù)F(x，y)進(jìn)行小波成分分解，記F(x, y)=Fi+1，將Fi+1分解為表面形貌函數(shù)Gi及表征基準(zhǔn)面函數(shù)Fi,并將Fi進(jìn)行下一層分解，得Fw=GJUGp2+...+Gm+Fm，其中，F(xiàn)m即為小波分解的表征基準(zhǔn)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法，其特征在于:所述步驟B滿(mǎn)足以下公式:
hi (X，y) =F (X，y) _h2 (x, y) 其中，Ii1Uy)是相對(duì)于理想表面形狀的尺寸偏差，h2(x，y)表示評(píng)定基準(zhǔn)面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法，其特征在于:所述步驟B滿(mǎn)足以下公式:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法，其特征在于:所述步驟B中進(jìn)一步包括以下步驟， 初始化找出F(x，y)的最優(yōu)近似空間； 迭代運(yùn)算，將F(x，y)分解； 根據(jù)擬合優(yōu)度的卡方檢驗(yàn)法計(jì)算得出迭代最后分解終止條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法，其特征在于:所述碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法還包括步驟C， 驗(yàn)證多重分形譜的表征結(jié)果，使用3D幅度粗糙度參數(shù)Sq和空間形貌參數(shù)Sal對(duì)表面形貌進(jìn)行評(píng)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法，其特征在于:所述步驟C滿(mǎn)足以下公式:

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法，其特征在于:所述表面形貌測(cè)量采用Rank Taylor Hobson公司的Talysurf5P_120表面形貌儀。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法，其特征在于:所述步驟C中，采用二維多重分形降趨脈動(dòng)法分析表面形貌。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述碳纖維復(fù)合材料切削加工表面形貌表征方法，其特征在于: 定義分形譜的寬度Aa為:
Δ a=amax_amin 定義多重分形譜的譜差A(yù)f為:
Λ f=f (amin) -f (a眶)， 所述分形譜的寬度Aa反映概率分布范圍的大小，所述Af反映材料加工表面的波峰和波谷的概率分布。
【文檔編號(hào)】G01B21/20GK103471552SQ201310400095
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】陳慧群, 梁東鶯 申請(qǐng)人:陳慧群