碳纖維復(fù)合材料加工方法

? ? ? ? 隨著各行業(yè)對材料輕量化和卓越性能的追求尤筐，碳纖維及其復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣泛乳蓄，目前還沒有大批量應(yīng)用的原因主要是成本和生產(chǎn)效率的問題晤碘。而成本主要是材料成本和批量化成型加工成本涨醋，如何高速韭山、高效大批量生產(chǎn)高質(zhì)量郁季、低成本的碳纖維復(fù)合材料，減少材料浪費(fèi)钱磅，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的共識(shí)梦裂。

1.車削加工

? ? ? ? 車削是在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP?)加工中應(yīng)用最多的方法也是最基礎(chǔ)的方法，通常適用于圓柱表面預(yù)定公差的實(shí)現(xiàn)盖淡。適合車削可以應(yīng)用的刀具主要材料為：硬質(zhì)合金或陶瓷以及聚晶金剛石年柠。加工工藝中進(jìn)刀速率，所切深度褪迟，和切削的速度都會(huì)影響工件成品表面質(zhì)量和道具損壞程度冗恨，這也是進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化的目標(biāo)方向答憔。

2.銑削加工

? ? ? ? 銑削通常是對成品工件再加工的一種加工方式，要求的加工精度較高掀抹，對復(fù)雜工件粗加工后的修繕性的銑削過程虐拓。在加工過程中，同樣端銑刀和CFRP 之間要進(jìn)行復(fù)雜的相互作用渴丸，造成 CFRP 工件存在沒切斷的纖維紗線以及分層現(xiàn)象侯嘀。為減少和避免類似缺陷產(chǎn)生，只要在加工前期谱轨，科學(xué)預(yù)測切削力和軸分層和未切斷的纖維紗線毛邊的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生的大小戒幔，控制加工工藝參數(shù)設(shè)置，將有效減少了毛刺毛邊的產(chǎn)生土童。

? ? ? ? 主要的工藝參數(shù)诗茎，如纖維取向、軸向和切向進(jìn)給速度献汗、切削速度等敢订，都會(huì)對工件表面粗糙度產(chǎn)生顯著影響。銑削加工的技術(shù)要求：反復(fù)實(shí)驗(yàn)纖維取向罢吃，軸向和切向進(jìn)給速度楚午，形成最佳參數(shù)，進(jìn)行銑削加工尿招。

3.鉆孔加工

? ? ? ? 工件要求螺栓或鉚接裝配時(shí)需鉆孔操作矾柜，在CFRP 鉆孔過程中仍然存在一定問題：材料的離層現(xiàn)象，刀具的嚴(yán)重?fù)p耗以及孔內(nèi)壁的質(zhì)量問題就谜。經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析怪蔑，設(shè)置的切削參數(shù)、鉆頭的幾何形態(tài)以及切削的質(zhì)量對上訴產(chǎn)生的問題均產(chǎn)生明顯影響丧荐。通常把損傷區(qū)最大直徑和孔徑比率稱為損傷因子缆瓣，也是表示分層現(xiàn)象的程度，分層因子越大虹统，表示分層問題越為嚴(yán)重弓坞。

? ? ? ? 通過實(shí)驗(yàn)可以推理，切削過程中推力和分層現(xiàn)象產(chǎn)生也有相互關(guān)系窟却，推削力的大小也可表示分層程度昼丑。基于相同的鉆孔材料夸赫，不同于其他加工方式菩帝，鉆孔加工中切削速率不會(huì)給切削力產(chǎn)生很大影響。

? ? ? ? 在同一切削參數(shù)下，與麻花鉆頭相比呼奢，參數(shù)對復(fù)合型特殊鉆頭分層影響較低宜雀。對于特殊幾何特征的鉆頭，較大的進(jìn)給速度和鉆頭直徑可以減少分層握础，并且不同直徑比鉆孔切削力會(huì)隨著直徑比的減小而增大辐董，隨著進(jìn)給速度的增大而增大。

4.磨削加工

? ? ? ? 通常在船舶制造禀综，航天工業(yè)領(lǐng)域简烘，對 CFRP 的工件質(zhì)量要求更為苛刻。工件精度和質(zhì)量都要求在較高加工方式下進(jìn)行定枷，而磨削加工的施工工藝恰恰符合其制造要求孤澎。磨削加工件精度要求十分嚴(yán)格，需對已經(jīng)粗加工的工件進(jìn)行細(xì)磨加工欠窒。磨削加工

? ? ? ? ?CFRP 要比金屬困難和復(fù)雜得多覆旭，國內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)研究，設(shè)計(jì)了一種杯形砂輪岖妄，在其內(nèi)部提供冷卻液對CFRP 進(jìn)行磨削加工型将，比較了干式磨削、外部冷卻液磨削和內(nèi)部冷卻液磨削3種加工方式荐虐，結(jié)果顯示 ：內(nèi)部冷卻液磨削方式加工過程中七兜，附著于砂輪上的基體樹脂明顯減少，砂輪中的磨粒能更有效地磨削纖維且在材料表面不會(huì)產(chǎn)生層離或毛刺現(xiàn)象福扬。這種砂輪內(nèi)部提供冷卻液的方法展示出了更強(qiáng)的冷卻效果惊搏，能顯著降低磨削溫度，同時(shí)有利于切屑的排出忧换。

5.超聲振動(dòng)加工技術(shù)

? ? ? ? 超聲振動(dòng)加工機(jī)理是建立在傳統(tǒng)加工過程中刀具和工件相對運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上的，然后在對兩者施加一定的超聲振動(dòng)向拆，從而生產(chǎn)出性能更優(yōu)越的復(fù)合型材料亚茬。該技術(shù)屬于對傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)化和輔助，較傳統(tǒng)加工方式浓恳，技術(shù)更加先進(jìn)刹缝，成品工件表面質(zhì)量更加細(xì)膩，同時(shí)也降低裂紋產(chǎn)生的現(xiàn)象颈将，節(jié)省了加工成本梢夯。有效減低了CFRP增強(qiáng)復(fù)合材料的加工難度，超聲波的應(yīng)用晴圾，徹底改善了材料去除機(jī)理颂砸，降低工具和工件相互的摩擦力，減少了工具加工時(shí)間，增強(qiáng)了刀具作用力人乓，提高了加工效率勤篮，減少了刀具磨損，使工件加工的精度和質(zhì)量更先進(jìn)色罚。主要有超聲振動(dòng)鉆孔加工碰缔、超聲振動(dòng)磨削加工、超聲振動(dòng)銑削加工戳护，超聲振動(dòng)切削加工金抡。

(1)超聲振動(dòng)鉆孔加工

? ? ? ? 超聲振動(dòng)鉆孔加工是一種非傳統(tǒng)的加工方法，在高效鉆削加工復(fù)合材料方面具有很大發(fā)展?jié)撃茈缜遥渲饕獌?yōu)點(diǎn)包括：減小切削力和力矩;提高加工表面質(zhì)量梗肝，減少毛刺;避免分層現(xiàn)象發(fā)生等。

? ? ? ? 有學(xué)者研究以金剛石磨粒旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)鉆孔加工 CFRP切蟋，旋轉(zhuǎn)超聲鉆孔加工如圖 3 所示统捶。對 CFRP的機(jī)理分析表明：CFRP 的材料去除機(jī)理更適用于脆性斷裂而不是塑性變形，建立切削力模型用于預(yù)測加工參數(shù)和加工環(huán)境對切削力影響的關(guān)系柄粹，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該力學(xué)模型的準(zhǔn)確性喘鸟。

(2)超聲振動(dòng)磨削加工

超聲振動(dòng)磨削加工結(jié)合了金剛石磨削加工材料去除機(jī)理和具有超聲加工特點(diǎn)的復(fù)合式磨削加工技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)主要有：可產(chǎn)生切削力減小和切屑減薄的效果;改善工件表面精度和形狀精度;提高材料去除率驻右，延長工具的壽命;提高脆性與延性域發(fā)生轉(zhuǎn)變的臨界切削深度什黑，實(shí)現(xiàn)脆性材料的延性域加工。

參考資料：

[1]?中塑在線?http://info.21cp.com/industry/News/201708/1315750.htm