超声切割碳纤维增强塑料预浸料的机理研究与工艺优化

为解决碳纤维增强塑料(CFRP)预浸料高质量切割难题，研究人员通过有限元建模与实验相结合的方法，探究了超声切割T300 CFRP预浸料的机理。采用内聚力单元模拟未固化环氧基体的粘性行为，系统分析了刀具角度、超声振幅等参数对切削力及表面形貌的影响。研究发现：当超声振幅从10增至20?μm时，主切削力降低56.3%；前倾角从0°增至15°可使主切削力下降26.4%；而侧倾角增加会导致切削力上升55.8%。该研究为CFRP预浸料超声加工的理论优化与工业应用提供了重要参考。

　　

碳纤维增强塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)凭借其卓越的比强度和模量，已成为航空航天领域的明星材料。如何实现CFRP预浸料的高精度切割，是制造高性能CFRP部件的关键所在。超声切割技术以其独特的减阻延寿特性，在这场材料加工革命中崭露头角。

研究者们将目光聚焦于T300 CFRP预浸料的超声切割奥秘。通过创新的有限元模型，巧妙运用内聚力单元再现了未固化环氧树脂基体的粘弹特性。就像外科手术般精准，团队系统解剖了刀具几何参数与超声振动参数的协同效应：

• 当超声振幅从10?μm提升至20?μm时，主切削力骤降56.3%，仿佛为刀具施加了"减负魔法"

• 刀具前倾角在0°到15°的优雅转身中，带来26.4%的切削力降幅

• 而侧倾角从0°到30°的华丽变身，则使切削力激增55.8%，同时表面轮廓高度差显著改善

这项研究不仅揭开了CFRP预浸料超声切割的神秘面纱，更为航空航天复合材料加工工艺的革新提供了理论基石。那些在显微镜下才能观察到的纤维-基体界面行为，通过20?μm级的超声振动调控，正在改写高端装备制造的精度标准。