西安碳纤维板复合材料主要加工原理及方法

作者:admin     发布日期: 2019-09-16     二维码分享

随着各行业对材料轻量化和卓越性能的追求,西安碳纤维板及其复合材料的应用越来越广泛,目前还没有大批量应用的原因主要是成本和生产效率的问题。而成本主要是材料成本和批量化成型加工成本,如何高速、高效大批量生产高质量、低成本的碳纤维复合材料,减少材料浪费,已经成为业内的共识。


1 碳纤维的加工难点


碳纤维增强复合材料(CFRP)在加工过程中,基体和纤维存在较为复杂的内部相互作用,使其物理特性与金属有较大区别,CFRP密度远小于金属,而强度大于绝大部分金属。因为 CFRP 的不均匀性,在加工过程中往往会出现纤维拉出或基质纤维的脱离;CFRP 具有较高的耐热性和耐磨性,使其在加工过程中对设备的要求较高,因为生产过程中产生大量切削热对设备磨损较为严重。


同时,其应用领域的不断扩展,要求也越来越细腻,对材料适用性做出要求,对CFRP 的质量要求也越来越苛刻,也致使加工成本上浮。


2 加工原理


纤维取向






纤维取向在 CFRP 工件和刀具接触面的相互作用中会产生重大影响,切屑形成和纤维取向密切相关。CFRP 工件和刀具接触面的断裂是由刀尖所施加的压力导致的。在多种纤维取向方面,共有3 种切削机理:


(1)纤维的断裂沿着纤维和基体接触面的方向,即纤维取向是0°。


(2)刀具剪切时方向垂直于纤维轴,纤维取向为75°。


(3)纤维取向为 90°甚至负角度,纤维方向角度 30°、60°、90°是.关键的方向,它们会导致大的切削力和集中磨损及工件破坏,通过增加刀具后角值可以有效地减小进给推力。






切削热


CFRP 的切削过程是碳纤维断裂和基体材料去除的复杂过程,工件和切削刀具之间摩擦升温,甚至引起刀具高温软化或分解。CFRP 导热性较差,所以在切削过程禁止使用冷却液,致使产生的切削热不能快速散出,从而将热量传到切削刀具上,加剧了切削设备的磨损,使其使用寿命大打折扣,同时使工件的表面热量更加剧,影响复合材料表面成型,降低了复合材料使用中的性能。


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,国内外很多学者采用红外测温仪、热像仪或者埋入热电偶等方式对碳纤维复合材料的切削温度进行测量研究。


刀具磨损机理


CFRP 属于难加工材料,主要原因是其对刀具的磨损非常迅速。加工进程中对刀具的磨损机理为:工件在刀具上被加工时,二者表面接触大,在加工过程中,长期的磨损,震动,使刀具上的硬质颗粒偶有脱离,从而形成了所谓的刀具磨损。


磨损类型大致可分为刀具破坏和磨损,按照磨损的位置不同,磨损又可分为刀尖磨损、刀具侧面磨损、刀具边缘破坏和边缘磨损。


西安加固工程影响刀具磨损的因素有很多,主要包含:加工工艺参数、刀具几何形状和材料等。在 CFRP 切削过程中,工艺参数(如切削速度、进给速度、纤维取向等)会显著地影响刀具磨损。一般而言,切削速度增加会加剧侧面磨损。刀具几何形状和材料对加工表面、切屑形成、切削力和刀具磨损有着显著的影响。

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