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加工碳纤维复合材料(CFRP)时可能需要考虑的一些要点

发布者: 顺畅 | 发布时间: 2021-2-23 08:29| 查看数: 16| 评论数: 0|帖子模式

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(1)刀具材料
  硬质合金刀具可以用于加工复合材料,但由于寿命较短,在加工过程中往往需要频繁换刀。
  金刚石刀具可能具有更长的使用寿命。加工CFRP时,可选择的金刚石工具包括电镀金刚石磨粒的修磨棒、CVD金刚石涂层刀具或整体式PCD刀片。
  为加工复合材料而专门开发的一种不同寻常的刀具是“整体烧结”金刚石刀具,该刀具是将金刚石材料填充在硬质合金刀柄上专门设计和加工出的狭槽中,直接烧结成型。
(2)刀具几何形状
  至少在一个方面,复合材料的“粉碎”去除机理与金属材料的“变形”去除机理有相似之处:正如在金属切削中一样,切削能量也会转化为热量。
  CFRP的散热特别困难,因为加工时不会产生能带走热量的切屑,加之复合材料的导热性很差。由此造成的热量积聚使基体材料面临融化或以其他方式受损的危险。冷却液可能也于事无补,因为有些复合材料零件的加工不允许使用冷却液。因此,只能通过合理选用刀具和走刀路径来抑制切削热。
  一般来说,尖锐的刀具切削角是减少切削热的关键要素之一。铣削和钻孔复合材料的刀具通常都采用大正前角,以最大限度地减少发热量,实现快速、锋利、整洁的切削。这些刀具也具有较大的后角,足以防止刀具切削刃在走刀时与工件摩擦发热。
(3)工件的夹持
  虽然复合材料零部件需要进行的加工可能比较简单,往往只需要钻削和修边,但用于支承这些零部件的夹具本身可能具有相当高的设计要求。事实上,加工复合材料零部件用的夹具可能需要不菲的工程投资(图3)。为了实现洁净切削,保证工件不磨损起毛、不分层剥离,就要求工件定位可靠、夹持牢固,不会发生振动。复合材料加工(尤其是薄壁件的加工)通常需要使用与工件外形精密贴合的真空吸附夹具(图4)。选择机械夹紧装置的加工车间则通常会使用减振垫。

图3 修边是复合材料零件常见的加工方式,虽然加工过程较简单,但夹具和刀具所需投资很大

图4 Hydrojet公司自制的真空吸附夹具
(4)加工机床
  复合材料航空零部件的轮廓形状一般需要用五轴联动机床加工。有些以前加工金属零部件的车间可能会使用自己原有的五轴机床。不过,加工复合材料(至少是加工CFRP)时,通常并不需要加工金属材料时那样大的机床功率和扭矩。事实上,在一些通常无法胜任金属零件加工的轻型CNC镂铣床上,往往能够有效地加工CFRP和其他复合材料。

图5 对加工复合材料的加工中心最不寻常的要求可能只是较长的五轴运动行程



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