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复合材料介绍及其加工方法

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-06-17  浏览次数:505

三、复合材料的常规机械加工方法
(一)  锯切
       玻璃纤维增强热固性基体层压板,采用手锯或圆锯切割。这时要注意克服材料的低热导性和因振动造成的分层。由于材料的磨蚀,要保持锯条的锋利是非常难的。
       热塑性复合材料锯切时要解决的主要问题是如何排除产生的热量。采用带锯和圆锯等常用工具时要加冷却剂。石墨/环氧复合材料最好用镶有硬质合金的刀具切割。锯切时控制锯子力度对保证锯面质量至关重要。虽然锯切温度也是一种要控制的因素,但一般影响不大,因锯切时碰到的最高温度一般不会超过环氧树脂的软化温度(182℃)。
       金属基复合材料可用镶有金刚石的线锯锯切,不过其切割速度较慢,而且只能作直线锯切。采用金刚石砂轮对陶瓷基复合材料进行常规锯切,可有两种速度:一种是250r/min,另一种是4000r/min。这种锯切会使切割面的陶瓷基复合材料有相当大的损坏。不过在较高锯切速度时,损坏虽大,但断面较为均匀。
(二)  钻孔和仿形铣
       在复合材料上钻孔或作仿形铣时,一般采用干法。大多数热固性复合材料层合板经钻孔和仿形铣后会产生收缩,因此精加工时要考虑一定的余量,即钻头或仿形铣刀尺寸要略大于孔径尺寸,并用碳化钨或金刚石钻头或仿形铣刀。钻孔时最好用垫板垫好,以免边缘分层和外层撕裂。另外钻头必须保持锋利,必须采用快速除去钻屑和使工件温升最小的工艺。
       热塑性复合材料钻孔时,更要避免过热和钻屑的堆积,为此钻头应有特定螺旋角,有宽而光滑的退屑槽,钻头锥尖要用特殊材料制造。一般钻头刃磨后的螺旋角约为10-15°,后角为9-20°,钻头锥角为60-120°。采用的钻速不仅与被钻材料有关,而且还与钻孔大小和钻孔深度有关。一般手电钻转速为900r/min时效果最佳,而固定式风钻则在转速为2100r/min和进给量为1.3mm/s时效果最佳。
(三)  铣削、切割、车削和磨削
       聚合物基复合材料用常规普通车床或台式车床就可方便地进行车削、镗削和切割。目前加工刀具常用高速钢、碳化钨和金刚石刀头。采用砂磨或磨削可加工出高精度的聚合物基复合材料零部件。最常用的是粒度为30-240的砂带或鼓式砂轮机。大多数市售商用磨料均可使用,但最好采用合成树脂粘接的碳化硅磨料。热塑性聚合物基复合材料用常规机械打磨时,要加冷却剂,以防磨料阻塞。磨削有两种机械可用,一种是湿法砂带磨床,另一种是干法或湿法研磨盘。使用碳化硅或氧化铝砂轮研磨时不要用流动冷却剂,以防工件变软。
       复合材料层合板采用一般工艺就能在标准机床上铣削。黄铜铣刀、高速钢铣刀、碳化钨铣刀和金刚石铣刀均可使用。铣刀后角必须磨成7-12°,铣削刃要锋利。高速钢铣刀的铣削速度建议采用180-300 m/min,进刀量采用0.05-0.13 mm/r,采用风冷。
       热塑性复合材料可以用金属加工车床和铣床加工。高速钢刀具只要保持锋利,就能有效使用。当然采用碳化钨或金刚石刀具效果更好。
       金属基复合材料一般用切割、车削、铣削和磨削就可加工。对大多数金属基复合材料而言,获得优良机加工产品的前提是刀具要锋利、切削速度要适当、要供给充足冷却液或润滑剂和进给速度要快。
四、其他常规机械加工方法
       热固性聚合物基复合材料层合板还可用其他待殊机械(自动螺纹切割机、切齿机、剃齿机、铰孔机、冲床和冲孔机等)进行加工,加工工艺随所用设备而定。
       热塑性聚合物基复合材料层合板可以冲切、冲孔、剪切、热割、铰孔、滚光去毛刺、珩磨和抛光。冲切一般用钢模和冲床就可完成。冲孔和剪切在标准金属加工设备上进行,工件可以预热也可以不预热。不过这些方法常会发生缺口、破裂和潜在的分层现象,材料愈脆,发生这些现象就愈严重。因此必须注意工作温度,必要时可适当对材料预热。热切割技术采用了热导线或火焰加热,以便熔化切割线上的工件材料。热切割进给速度要与材料熔化速度相匹配。珩磨和抛光时要保证工件不会过热。
五、特种加工方法
       目前已有许多常规和特种加工方法可用于各种类型复合材料的加工。常规机械加工方法简单、方便、工艺较为成熟,但加工质量不高,易损坏加工件,刀具磨损快,而且难以加工形状复杂的工件。
       复合材料特种加工方法各有特色。激光束加工的特点是切缝小、速度快、能大量节省原材料和可以加工形状复杂的工件。高压水切割的特点是切口质量高、结构完整性好、速度快,特别适宜金属基复合材料的切割。电火花加工的优点是切口质量高、不会产生微裂纹,唯一不足是工具磨损太快。超声波加工的特点是加工精度高,适宜在硬而脆的材料上打孔和开槽。电子束加工属微量切削加工,其特点是加工精度极高,没有热影响区,适宜在大多数复合材料上打孔、切割和开槽,它的不足是会产生裂纹和界面脱粘开裂。电化学加工的优点是不会损伤工件,适宜于大多数具有均匀导电性复合材料(前提是不吸湿)的开槽、钻孔、切削和复杂孔腔的加工。
       不难看出,复合材料特种加工方法具有的优点----刀具磨损小、加工质量高、能加工复杂形状的工件、容易监控和经济效益高等恰恰是常规机械加工方法的弊病,因此可以认为复合材料特种加工方法是未来复合材料加工的发展方向。
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