纤维强化塑料铣、钻、扩孔加工性探究

金周鑫��

摘要：纤维强化塑料是一种新型的合成材料，具有较为优秀的机械性能，但是在机械加工领域的研究并不深入，本文从纤维强化塑料本身入手，分析了铣、钻、扩孔加工过程中的注意事项，并探讨了在高效率的快速加工中，如何保证加工精度和加工刀具质量的方法。

关键词：纤维强化塑料；机械性能；高速加工

纤维强化塑料是近年来研究的热点材料，在众多新型领域有着极为广阔的应用空间。

1 纤维强化塑料性能分析

目前各个部门都在探求新的高强度轻型材料，现在广泛使用的铝合金和钛合金将逐步被纤维强化塑料所代替。近年来，纤维结合材料有了很大的发展，但是在切削加工方面的研究却跟不上其发展速度，对其加工新能的研究是解决发展过程中瓶颈的重要内容。

纤维强化塑料凭借其优异的性能在化工、汽车、电力、航空等领域受到广泛关注。纤维强化塑料由不同的纤维和树脂基体结合而成，常见的有碳素纤维强化塑料、硼素纤维强化塑料、玻璃纤维强化塑料和合成纤维强化塑料等。下表统计了常见金属材料与纤维强化塑料机械性能的对比，分析得到，各类纤维强化塑料的机械性能与钛合金、钢材相比，优势在于强度/密度之比极高，不足之处是纤维强化塑料的机械成型性能较差，远低于钛合金、钢材等主流金属材料。

纤维强化塑料机械性能统计表

2 纤维强化塑料加工特性分析

加工方式和加工工艺的选择应在技术和经济性两个方面考虑，工件表面精度使用评价标准中对于刀具寿命的要求。部分单位使用的负前角刀在使用时间上有较大优势，但是其加工质量不能保证。从另一个角度分析，纤维强化塑料的热传导性及耐热性表现较差，在确定切削量的时候，英达难找纤维强化塑料的最大耐热温度确定切削温度，同时密切注意加工部位的温度变化，避免局部温度升高导致表面破坏。

2.1 钻孔加工

探讨了市场上几种钻头的应用可能性，明确了钻削芳香族聚酞胺纤维强化塑料时钻头的几何参数和切削用量。前角可增大到25°，后角减小到12°，切削速度为100120m/min范围内，进行刀具使用寿命的研究，如果采用硬质合金钻头，在1300个孔后钻头仍能维持初始的加工精度。

2.2 扩孔加工

铆钉连接和螺纹连接是需要进行扩孔加工，采用美国GG公司专用扩孔工具进行加工时，当切削速度控制在1.316.4m/min范围内通常获得较好的加工效果，扩孔精度得以保证。最佳刀具轴向前角控制在614°之间，进给速度控制在30.320.43m/min之间。实践表明，采用上述推荐的加工参数，刀具在加工1500件纤维强化塑料之后仍能保持较好的刀口锋利度，仅有少数刀口出校圆角装破损，刀具可以继续使用。

2.3 铣削加工

纤维强化塑料最常遇到的是外形轮廓加工，但至今很少有关这方面的资料。Spur和StBferle等人提出的GFK铣削加工数据对于纤维强化塑料使用者和特种刀具制造厂来说，都有很大的参考价值。在加工SFK时只能采用铣刀制造厂所提供的数据；而在加工CFK过程中，采用金刚石刀具或者硬质合金刀具能够得到较好的加工效果。加工案例表明，在铣削加工中，刀具前角和后角的角度应控制在15°左右，最大切削速度应为9001100m/min范围内。采用上述加工参数操作时，最大的问题是容易发生排槽堵塞、刀具断口等问题，为此建议刀口刃部中心应和纤维强化塑料中心重合。

2.4 高速加工分析

高速加工实验表明，纤维强化塑料切削速度达到10000m/min情况下，材料不会产生明显的温度升高现象，刀刃处温度控制在不会产生永久性损伤的范围内。同时，采用高速切削时刀具的切削力明显下降，能够获得更为优异的材料表明平整度和边缘精度，随着切削速度的提升，切削刀具的使用寿命也随之提高。

3 纤维强化塑料的应用方向及前景

通过上文的分析，可以看出纤维强化塑料具有极为优异的机械性能，同时在加工操作中也较为便捷，由此分析纤维强化塑料在未来一段时期内具有较大的市场应用空间，本文主要结合现阶段发展较快的机器人技术，分析纤维强化塑料在机器人制造中的应用。机器人需要在特殊、严苛条件下工作，经常处于高温、高压、腐蚀性气体或者高强度工作环境中，纤维强化塑料具有的优异机械性能能够满足特殊条件的要求。与此同时，机器人的外形依据工况要求需要进行特殊加工，现阶段常用的金属材料要不是加工性能不满足要求，就是加工成本高昂，这就为纤维强化塑料在机器人外壳材料中的应用提供的空间。

4 结语

通过上文的分析，能够看出纤维强化塑料具有极高的强度/密度之比，但是在机械加工性能方面略显不足，为提升纤維强化塑料加工效率和加工效果，应在铣、钻、扩孔等方面开展相应研究，尽快提升其加工操作效率和精度，降低加工难度和损耗。

参考文献：

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