复合材料的加工工艺简述

  复合材料(Composite materials),是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上且.相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

  复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。本文给大家讲述一下碳纤维复合材料的加工工艺。

  碳纤维材料硬度高,必须选用硬质合金刀具材料,航空部门在参考国外硬质合金选材基础上经试验认为,钨钴硬质合金有较高的抗弯强度和韧性, 可以减少切削时崩刀,同时磨削加工性好,适于磨出锋利的刃口。目前材质为Y300的φ3-8mm的整体式磨花钻头、惚窝钻、绞刀,可满足碳纤维复合材料构件的制孔要求。这种钻头的顶角在100-120°之间,一次刃磨,钻孔数可达100 个孔以上。后角对钻削性能有较大影响,其角度以15-25°为好。

  目前我国已研制出几种人造金刚石大直径套料钻和人造金刚石磨轮,用于加工8mm 以上的复合材料构件孔,获得满意的加工质量。钻削工艺试验表明,控制进给速度对保证制孔质量至关重要。钻削碳纤维复合材料一般选用低的进给速度和高的转速,转速过大会缩短钻头的使用寿命。根据试验结果,选取以下钻削参数为佳:转速1400-2440r/min,给进速度0.02-0.06mm/r。

  近20多年来,激光加工已在制造业得到较大的发展。它可一次加工成形,适应性强,不存在刀具磨损问题。因此激光材料加工一般比常规加工成本低。以前激光主要用于加工金属、陶瓷、塑料和木基材料,近几年亦成功地用来加工复合材料,主要是切削纤维增强树脂基复合材料,钢塑材料和纤维增强金属基复合材料,也用来钻削复合陶瓷。

  激光切削的一个特点是切削效率与增强纤维的方向有密切关系。工件对激光束的热响应决定于切削方向。这一效应在碳纤维复合材料中表现得最明显。在该材料中,成分之间的热性能差异很大。用单向碳纤维板进行切削试验表明,当切削方向与纤维垂直时,热损失最大,切削速度最低。