切削條件對(duì)碳纖維復(fù)合材料加工表面質(zhì)量的影響

刊名：Procedia Engineering（英）

刊期：2015年第100期

作者：Vaclav Schornik et al

編譯：孫堅(jiān)

碳纖維復(fù)合材料由于具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐磨性好、耐疲勞性能強(qiáng)、耐腐蝕性能優(yōu)良等優(yōu)勢(shì)而在汽車、航空航天、原子能工業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。碳纖維復(fù)合材料是高強(qiáng)度的層狀結(jié)構(gòu)材料，其整體性能各向異性，但卻往往難于進(jìn)行機(jī)械加工，主要存在的問題是進(jìn)行該種材料加工時(shí)易使刀具出現(xiàn)急劇磨損，從而導(dǎo)致加工出來的部件表面質(zhì)量差。因此，碳纖維復(fù)合材料的切削加工研究引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

重點(diǎn)研究了切削條件、所用刀具設(shè)備等對(duì)碳纖維復(fù)合材料加工表面質(zhì)量的影響。當(dāng)加工碳纖維復(fù)合材料時(shí)，由于碳纖維復(fù)合材料是粉粒狀的，因此有必要使用吸塵機(jī)。對(duì)材料表面質(zhì)量影響最大的因素是切削刀具的幾何形狀、切割輥形中各相量之間的比例，但影響碳纖維復(fù)合材料加工的最顯著因素是進(jìn)料的方向和纖維之間的角度而刀具旋轉(zhuǎn)會(huì)造成加工角度的變化。因此，纖維取向?qū)τ诘毒吆螘r(shí)進(jìn)入、何時(shí)退出是很重要的。刀具切削刃的幾何形狀是根據(jù)被加工材料的類型而選擇的。對(duì)CFRP（碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）進(jìn)行銑削加工時(shí)，首先建議刀具切削時(shí)的傾斜角選擇范圍是0～7°，而楔角的選擇為75°。刀具更大的傾角將導(dǎo)致機(jī)械加工過程中更小的切削力和更少的加工瑕疵。

最常用的切削工具包括帶可轉(zhuǎn)位刀片、單片切削工具，材料為具有不同涂料的燒結(jié)碳化物。從韌性到脆性斷裂過程中，復(fù)合材料表現(xiàn)出不同的應(yīng)變變化率，該因素將影響到表面加工質(zhì)量。因此，切削條件必須根據(jù)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和組成來選擇。當(dāng)采用高速切削時(shí)，進(jìn)料速率提高會(huì)造成非常大的熱效應(yīng)且惡化加工表面質(zhì)量；更高切削速度會(huì)引起材料在較少應(yīng)力下的失效及脆性斷裂；提高切削速度將提高切削溫度，因此當(dāng)超過臨界切削速度時(shí)將導(dǎo)致復(fù)合材料不可逆的損傷。

綜上所述，選擇適當(dāng)?shù)牡毒?、進(jìn)給速度和切削速度，以及根據(jù)材料設(shè)置相應(yīng)的切削條件是保證部件表面加工質(zhì)量的重要部分。