切削條件對碳纖維復(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

碳纖維復(fù)合材料由于具有強度高、質(zhì)量輕、耐磨性好、耐疲勞性能強、耐腐蝕性能優(yōu)良等優(yōu)勢而在汽車、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，但卻往往難于進行機械加工，主要存在的問題是進行該種材料加工時易使刀具出現(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內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

重點研究了切削條件、所用刀具設(shè)備等對碳纖維復(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，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。對材料表面質(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料的方向和纖維之間的角度而刀具旋轉(zhuǎn)會造成加工角度的變化。因此，纖維取向?qū)τ诘毒吆螘r進入、何時退出是很重要的。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CFRP（碳纖維增強復(fù)合材料）進行銑削加工時，首先建議刀具切削時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，進料速率提高會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。