2012-03-26

纤维增强复合材料切削

纤维增强复合材料切削
复合材料顾名思义是由两种以上的材质所组合而成，一般来讲，是由基材(matrix)及补强材(reinforcements)所构成。

基材是材料组成里连续的材质，而补强材则为其中不连续的材质。复合材料种类繁多，应用最多的是纤维增强复合材料也叫做纤维增强塑胶(FRP)。高分子一般分为热塑性塑胶(thermoplastic)及热固性塑胶(thermoset)两大类，纤维则有不同的材料及形式，常用的有玻璃纤维丶碳纤维丶Kevlar纤维丶硼纤维…。

纤维增强复合材料特点:

  1. 具有高的比强度和比刚度
  2. 抗疲惫性能好
  3. 减振性能好
  4. 断裂安全性好

纤维增强复合材料切削特点:

  1. 切削温度高，刀具耐用度低
  2. 加工精度和表面粗糙度不易控制
  3. 易产生高温变质和软化
  4. 使用切削液要慎重-复合材料吸进切削液而影响材料的使用性能

纤维增强复合材料切削方法:

  1. 锯切
    • 玻璃纤维增强热固性基体层压板，采用手锯或圆锯切割。这时要注意克服材料的低热导性和因振动造成的分层。
    • 排除切削产生的热量可加冷却剂。
  2. 钻孔和仿形铣
    • 大多数热固性复合材料层合板经钻孔和仿形铣後会产生收缩，因此精加工时要考虑一定的馀量。
    • 钻孔时最好用垫板垫好，以免边缘分层和外层撕裂。
    • 钻头必须保持锋利，必须采用快速除去钻屑和使工件温升最小的工艺。
    • 热塑性复合材料钻孔时，更要避免过热和钻屑的堆积。
  3. 铣削丶切割丶车削和磨削
    • 刀具要锋利丶切削速度要适当丶要供给充足冷风及冷却液或润滑剂和进给速度要快。
  4. 其他切削方法
    • 冲孔和剪切在标准金属加工设备上进行，必须注意工作温度，必要时可适当对材料预热。
    • 雷射光束加工的特点是切缝小丶速度快丶能大量节省原材料和可以加工形状复杂的工件。
    • 高压水切割的特点是切口品质高丶结构完整性好丶速度快，特别适宜金属基复合材料的切割。
    • 电弧加工的优点是切口品质高丶不会产生微裂纹，唯一不足是工具磨损太快。
    • 超声波加工的特点是加工精度高，适宜在硬而脆的材料上打孔和开槽。
    • 电子束加工属微量切削加工，其特点是加工精度极高，没有热影响区，适宜在大多数复合材料上打孔丶切割和开槽，缺点是会产生裂纹和介面脱粘开裂。
    • 电化学加工的优点是不会损伤工件，适宜於大多数具有均匀导电性复合材料(前提是不吸湿)的开槽丶钻孔丶切削和复杂孔腔的加工。

纤维增强复合材料切削原则:

  1. 选择刀具材料：
    因 钻石(金刚石)刀具的硬度很高，且切削刃能够磨得很锋利，有利於切断纤维，故切削效果最好刀具材料的选择上，最好用PCD金刚石，其次为PCBN要选择耐磨和导热系数高的刀具材料。高速钢刀具，最好选用氮化钛涂层的高速钢。硬质合金(钨钢)刀具一般选用导热系数高的YG类硬质合金或涂层硬质合金。
  2. 选择刀具几何参数：
    切削FRP复合材料，对刀具前角的要求刀具刃口具有一定强度，散热条件要好，刀刃锋利，後角要大一些。一般情况下，γO=-5o～10o,αO=10o～12o， 刀尖圆弧尽可能大一些，以改善散热条件。钻孔时，尽可能选用硬质合金钻头，并修磨钻心处螺旋沟槽表面，以增大该处前角，缩短横刃长度为原来长度的 1/2～1/4，以减小轴向力，并降低钻尖高度，在副後面3～5mm向後磨副後角3o～5o，以减小与孔壁的摩擦。
  3. 选择切削用量：
    用高速钢刀具切削FRP复合材料的切削速度为10～15m/min；硬质合金刀具的切削速度为40～80m/min；人造聚晶金刚石(PCD)复合片刀具的切削速度为80～120m/min。进给量为0.2～0.5mm/r，在切进和切出时，为了防止分层丶崩边，这时的进给量应小一些或用刀在两端倒 45o角及选用主偏角小於60o的刀具。
  4. FRP的切断：
    在一般的情况下，采用薄金刚石(钻石)锯片进行切割。也可采用超高压水，压力为400MPa，由口径小於φ1mm的喷嘴喷出，以2～3倍音速的超高速冲击被加工表面，进行切割加工。
  5. 切削时应留意的题目：
    为了避免铣削时工件切离处掉渣，应采用顺铣，并在即将铣完时采用手动进给。为了防止撕裂和分层，在切出时采用塑胶或金属板支承，予以防护。
资料来源: 中国百科网
 

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