切削条件对碳纤维复合材料加工表面质量的影响

切削条件对碳纤维复合材料加工表面质量的影响

刊名：Procedia Engineering（英）

刊期：2015年第100期

作者：Vaclav Schornik et al

编译：孙坚

碳纤维复合材料由于具有强度高、质量轻、耐磨性好、耐疲劳性能强、耐腐蚀性能优良等优势而在汽车、航空航天、原子能工业等方面得到了广泛的应用。碳纤维复合材料是高强度的层状结构材料，其整体性能各向异性，但却往往难于进行机械加工，主要存在的问题是进行该种材料加工时易使刀具出现急剧磨损，从而导致加工出来的部件表面质量差。因此，碳纤维复合材料的切削加工研究引起了国内外的广泛关注。

重点研究了切削条件、所用刀具设备等对碳纤维复合材料加工表面质量的影响。当加工碳纤维复合材料时，由于碳纤维复合材料是粉粒状的，因此有必要使用吸尘机。对材料表面质量影响最大的因素是切削刀具的几何形状、切割辊形中各相量之间的比例，但影响碳纤维复合材料加工的最显著因素是进料的方向和纤维之间的角度而刀具旋转会造成加工角度的变化。因此，纤维取向对于刀具何时进入、何时退出是很重要的。刀具切削刃的几何形状是根据被加工材料的类型而选择的。对CFRP（碳纤维增强复合材料）进行铣削加工时，首先建议刀具切削时的倾斜角选择范围是0～7°，而楔角的选择为75°。刀具更大的倾角将导致机械加工过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带可转位刀片、单片切削工具，材料为具有不同涂料的烧结碳化物。从韧性到脆性断裂过程中，复合材料表现出不同的应变变化率，该因素将影响到表面加工质量。因此，切削条件必须根据复合材料的结构和组成来选择。当采用高速切削时，进料速率提高会造成非常大的热效应且恶化加工表面质量；更高切削速度会引起材料在较少应力下的失效及脆性断裂；提高切削速度将提高切削温度，因此当超过临界切削速度时将导致复合材料不可逆的损伤。

综上所述，选择适当的刀具、进给速度和切削速度，以及根据材料设置相应的切削条件是保证部件表面加工质量的重要部分。