阅读加工碳纤维复合材料的原理和方法

时间:2019-01-07 07:57:09 来源:猇亭新闻网 作者:匿名
  

随着各种行业对轻质材料的追求和优越的性能,碳纤维及其复合材料的应用越来越广泛。缺乏批量应用的原因主要是成本和生产效率。成本主要是材料成本和批量成型加工成本。如何高速,高效地生产高质量,低成本的碳纤维复合材料,减少材料浪费已成为业界的共识。今天,小编将与您讨论碳纤维复合材料的加工方法。

为什么难以处理

在碳纤维增强复合材料(CFRP)的过程中,基体和纤维具有相对复杂的内部相互作用,这使得物理性质不同于金属。 CFRP密度远小于金属密度,并且强度大于大多数金属。由于CFRP的不均匀性,在加工过程中经常会发生纤维拉出或基质纤维分离; CFRP具有高耐热性和耐磨性,使其在加工过程中对设备要求更高,因为在生产过程中产生的大量切削热对设备磨损更为严重。

同时,应用领域不断扩大,要求越来越细化,对材料适用性的要求越来越高,CFRP的质量要求越来越高,加工成本也越来越高。

原理介绍

纤维取向

纤维取向对CFRP工件和工具接触表面的相互作用具有重要影响,并且切屑形成与纤维取向密切相关。 CFRP工件和工具接触表面的断裂是由尖端施加的压力引起的。在多个纤维取向方面有三种切割机制:

(1)纤维在纤维 - 基材接触面的方向上断裂,即纤维取向为0°。

(2)刀具剪切方向垂直于纤维轴,纤维取向为75°。

(3)纤维取向为90°或甚至负角。纤维方向角为30°,60°和90°是最关键的方向。它们会导致大的切削力和集中磨损以及工件损坏。通过增加刀具后角值,有效降低进给推力。

切热

CFRP切割过程是碳纤维断裂和基体材料去除的复杂过程,工件和切削工具之间的摩擦加热。

它甚至会导致工具在高温下软化或分解。 CFRP导热性差,因此在切割过程中禁止使用冷却剂,因此产生的切割热量不能快速消散,因此热量会传递到切割工具,从而加剧切割设备的磨损并使它的使用寿命大大降低。工件的表面热量更加剧烈,影响复合材料的表面并降低复合材料的性能。复合材料切削热的研究主要集中在切削温度的测量方法上。国内外许多学者使用红外测温仪,热像仪或埋地热电偶来测量碳纤维复合材料的切削温度。

工具磨损机制

CFRP是一种难以加工的材料,主要是因为它非常快速地磨损了工具。在加工过程中刀具的磨损机理是:当在工具上加工工件时,两者之间的表面接触很大。在加工过程中,长期磨损和振动会使工具上的硬颗粒偶尔脱落,从而形成所谓的工具磨损。

磨损类型大致可分为工具损坏和磨损。根据磨损位置,磨损可分为刀尖磨损,刀具侧磨损,刀刃磨损和刃口磨损。

影响刀具磨损的因素有很多,包括:工艺参数,刀具几何形状和材料。在CFRP切割期间,诸如切割速度,进给速率,纤维取向等的工艺参数会显着影响工具磨损。通常,增加的切削速度会加剧侧面磨损。刀具几何形状和材料对加工表面,切屑形成,切削力和刀具磨损具有显着影响。

加工方法

车削

车削是CFRP加工中使用最广泛且最基本的方法,并且通常适用于在圆柱形表面上实现预定公差。可用于车削的工具的主要材料是:硬质合金或陶瓷和多晶金刚石。加工过程中的进给速度,切削深度和切削速度都会影响成品的表面质量和道具的损坏程度。这也是技术优化的目标方向。

车削

铣削通常是一种加工成品工件的加工方法,需要高加工精度和复杂工件粗加工后的修复铣削加工。在加工过程中,需要端铣刀和CFRP之间的复杂相互作用,从而产生完整的纤维纱线和CFRP工件的分层。为了减少和避免类似缺陷的发生,只要在预处理期间科学预测切削力和轴纱与未切割纤维纱的分层现象,控制加工参数设定将有效减少毛刺毛刺。生产。主要工艺参数,例如纤维取向,轴向和切向进给速率,切削速度等,可对工件的表面粗糙度产生显着影响。铣削的技术要求:重复实验纤维取向,轴向和切向进给速率,以形成铣削的最佳参数。

CFRP加工刀具

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