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精密机械加工中碳纤维复合材料应该注意哪些问题?

2023-11-08 15:38:26

一、加工中心复合材料的种类    

复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为: 

1、纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。    

2、夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄;芯材质轻、强度低,但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。 

3、细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中,如弥散强化合金、金属陶瓷等。   

4、混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比,其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高,并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内/层间混杂和超混杂复合材料。 

 二、精密机械加工中复合材料时应该注意的些问题 

1、碳纤维复合材料加工层间强度低,易在切削力的作用下产生分层,因此钻孔或切边应减小轴向力。钻孔要求高转速、小进给,加工中心转速一般在3000~6000r/min,进给量达到0.01~0.04mm/r,钻头选用三尖两刃或两尖两刃形式较好,锋利的刀尖可先将碳纤维层划断,两刃对孔壁起到了修补作用,镶金刚石的钻头锋利与耐磨性俱佳。复合材料与钛合金夹层的钻孔是个难题,一般采用整体硬质合金钻头,按钻削钛合金的切削参数进行钻削,从钛合金侧先钻,直至钻通,钻削时加润滑剂,缓解复合材料烧伤。波音公司专门研制了PCD组合钻头用于夹层的钻孔。    

2、三类新型整体硬质合金复合材料加工专用铣刀的切削效果更好,它们都有一些共同特点:刚性高,螺旋角小,甚至是0°,专门设计的人字形刀刃,都可以有效减小加工中心轴向切削力,减少分层,其加工效率与效果都很好。    

3、复合材料切屑为粉状,对人体健康危害大,应采用大功率吸尘器吸尘,采用水冷也可有效降低粉尘污染。    

4、碳纤维复合材料加工构件一般尺寸较大,形状结构复杂,硬度和强度都很高,属于难加工材料。切削过程中切削力较大,切削热不易传出,严重时会烧焦树脂或使树脂软化,刀具磨损严重,因此刀具是碳纤维加工的关键,其切削机理更接近于磨削而非铣削,所以,加工中心切削线速度通常要大于500m/min,采用高转速小进给策略。切边加工刀具一般选用整体硬质合金滚花铣刀、电镀金刚石颗粒砂轮、镶金刚石铣刀、铜基金刚石颗粒锯片。