碳纖維複合材料(liào)在加工中存在的問題
碳纖維複合材料是由碳纖維增強體和樹脂基體組成(chéng)的非均質材料,其中兩種材料在物理和化學(xué)性能(néng)方麵(miàn)存(cún)在(zài)著很大差(chà)異,材料的(de)破壞機理與傳統(tǒng)金屬材料之間有很大的區別,碳纖維增(zēng)強(qiáng)體(tǐ)、樹脂基體自身性能、纖維的鋪設方向等因素都使切削過程變得非常複雜。更為重要的是,碳纖維複合材料硬度(dù)大,其HRC值可達到53-65,相當於一般高速(sù)鋼的硬度。在製孔加工過程中,對鑽削的刀具磨損(sǔn)較嚴重,製出的孔容易出現分層、毛刺、撕裂、縮孔等問題。
1、毛刺
由於碳纖維複合材料的非均勻性,且其纖維鋪層方向對製孔質量有較大影響,材(cái)料的各向異(yì)性,刀具在不同(tóng)位置處切削碳纖維的不同角度,會使部(bù)分碳纖維受到拉伸作(zuò)用而非剪切作用,這些都是導致(zhì)在孔出口和入口處(chù)容易(yì)產生毛刺缺(quē)陷的因素,而且毛刺產生的方向一般(bān)與最外層纖維的鋪層方向一致。又因為碳纖維複合材料對(duì)刀具有較大的(de)磨損作用,刀具磨損變鈍(dùn)後,刃口寬度增大,不能順利將碳纖維切斷,也容易形(xíng)成毛刺。
2、撕(sī)裂
碳纖維(wéi)複合材料的鑽出過程分兩個(gè)階段(duàn):一是橫(héng)刃作用階段。橫刃首先(xiān)接觸外層碳纖維,由於橫刃切削速度(dù)很低(dī)且(qiě)不(bú)鋒利,不能將(jiāng)材料切斷,而是施加推力導致材料向外退讓(ràng),並沿鋪層方(fāng)向向兩側擴展(zhǎn)。二是主切削作用階段。從橫刃切出(chū)出口表層材(cái)料開始,主(zhǔ)切削刃一邊向外推擠,一(yī)邊以自身(shēn)的螺旋對工件進行(háng)扭曲。鑽削(xuē)軸向力過大及(jí)刀具(jù)磨損因素都(dōu)容易在出(chū)口處形成撕(sī)裂缺(quē)陷。
3、分層(céng)
鑽孔過程中,碳纖(xiān)維材料層在(zài)鑽削軸向力的作用下產生層間(jiān)應力,如果在(zài)孔出(chū)口一側不施加足夠的支(zhī)撐,在孔出口處容易出現層間應力過大(dà),若該應力超(chāo)過樹脂基體的強度,則很(hěn)容易造成碳纖維複合材料層與樹脂基體(tǐ)分開,產生分(fèn)層缺陷。一般(bān)來說,鑽削軸向力越大(dà),層間應力越大,越容(róng)易產生分層缺(quē)陷。
4、縮孔
碳(tàn)纖維複合材料在鑽削過程中不能使用冷(lěng)卻液(yè),這些(xiē)冷卻液(yè)會通過毛(máo)細作用(yòng)滲入(rù)材料,對材料造成損害,因此隻能采用幹切(qiē)加(jiā)工,這就(jiù)加劇了(le)刀具磨損(sǔn),導致切削熱過大。由於材料導熱性差,這些熱量無法快速釋放,導致製孔區域溫度較高,在鑽削完成後,由於碳纖維複合材料線脹係數和彈性恢複較大,會出現縮孔的現象,影響(xiǎng)製孔尺寸精(jīng)度。