碳纤维增强复合材料织物结构对分层的影响

性能分析与控制

碳纤维增强复合材料织物结构对分层的影响

在汽车工业中，碳纤维增强复合材料（CFRP）的使用不仅能够减轻汽车质量，而且可在汽车装饰件中使用。不同种类织物结构的CFRP表面有不同的视觉效果，然而，在剪切工件的边缘时，需要工件具有高水平的表面品质。

针对CFRP工件的加工，首次研究了其织物结构的纤维起伏与分层之间的相关性。为了分析纤维起伏的影响，使用多晶金刚石刀具通过多个槽铣加工工序将CFRP铣削成平纹组织结构。通过在相对于纤维走向稍微倾斜的方向上进行铣削来修正材料边缘与织物纤维波形的相对位置。然后，测量由修正边缘造成的表面损伤和纤维突出的情况。为了识别出材料表面树脂层厚度和纤维起伏角，采用层压体的断层摄影技术进行测量。建立了纤维最大突出的理论模型。仿真模拟表明:①纤维起伏角和表面树脂层厚度的不同组合会导致不同分层情况的发生；②刀具的几何形状对材料表面的分层影响不明显。

通过研究修正材料边缘位置对织物分层的影响，得出如下结论：①纤维定向角为90°；②与非卷曲织物不同，织物纤维的起伏导致材料表面树脂层厚度的变化，最终导致不同类型（纤维突出和表面损伤）和数量的分层；③纤维突出的最大长度总是小于刀具直径的1/2，当纤维突出达到最小值时，经铣削的边缘和下个交叉纤维之间的距离达到最大；④明显的表面损伤只发生在中性和负起伏角度，在正起伏角度时，能够增强支撑作用来防止材料表面树脂层进一步的裂纹扩展；⑤通过使用不同直径和螺旋角的刀具进行铣削，验证了刀具几何形状对纤维起伏影响非常小。

刊名：Journal of Materials Processing Technology（英）

刊期：2015年第216期

作者：Wolfgang Hintze et al

编译：孙坚