隨著各行業(yè)對(duì)材料輕量化和卓越性能的追求，碳纖維及其復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣泛，目前還沒有大批量應(yīng)用的原因主要是成本和生產(chǎn)效率的問題。本文給大家介紹下碳纖維復(fù)合材料加工原理以及為什么難加工。

碳纖維復(fù)合材料加工原理

纖維取向

纖維取向在 CFRP 工件和刀具接觸面的相互作用中會(huì)產(chǎn)生重大影響，切屑形成和纖維取向密切相關(guān)。CFRP 工件和刀具接觸面的斷裂是由刀尖所施加的壓力導(dǎo)致的。在多種纖維取向方面，共有3 種切削機(jī)理：

(1)纖維的斷裂沿著纖維和基體接觸面的方向，即纖維取向是0°。

(2)刀具剪切時(shí)方向垂直于纖維軸，纖維取向?yàn)?5°。

(3)纖維取向?yàn)?90°甚至負(fù)角度，纖維方向角度 30°、60°、90°是最關(guān)鍵的方向，它們會(huì)導(dǎo)致大的切削力和集中磨損及工件破壞，通過增加刀具后角值可以有效地減小進(jìn)給推力。

切削熱

CFRP的切削過程是碳纖維斷裂和基體材料去除的復(fù)雜過程，工件和切削刀具之間摩擦升溫，甚至引起刀具高溫軟化或分解。CFRP導(dǎo)熱性較差所以在切削過程禁止使用冷卻液，致使產(chǎn)生的切削熱不能快速散出，從而將熱量傳到切削刀具上，加劇了切削設(shè)備的磨損使其使用壽命大打折扣，同時(shí)使工件的表面熱量更加劇，影響復(fù)合材料表面成型降低了復(fù)合材料使用中的性能。

復(fù)合材料切削熱的研究主要集中在切削溫度的測(cè)量方法上，國內(nèi)外很多學(xué)者采用紅外測(cè)溫儀、熱像儀或者埋入熱電偶等方式對(duì)碳纖維復(fù)合材料的切削溫度進(jìn)行測(cè)量研究。

刀具磨損機(jī)理

CFRP屬于難加工材料，主要原因是其對(duì)刀具的磨損非常迅速。加工進(jìn)程中對(duì)刀具的磨損機(jī)理為：工件在刀具上被加工時(shí)二者表面接觸大，在加工過程中長期的磨損震動(dòng)，使刀具上的硬質(zhì)顆粒偶有脫離從而形成了所謂的刀具磨損。

磨損類型大致可分為刀具破壞和磨損，按照磨損的位置不同磨損又可分為刀尖磨損、刀具側(cè)面磨損、刀具邊緣破壞和邊緣磨損。

影響刀具磨損的因素有很多，主要包含加工工藝參數(shù)、刀具幾何形狀和材料等。在CFRP切削過程中工藝參數(shù)(如切削速度、進(jìn)給速度、纖維取向等)會(huì)顯著地影響刀具磨損。一般而言切削速度增加會(huì)加劇側(cè)面磨損。刀具幾何形狀和材料對(duì)加工表面、切屑形成、切削力和刀具磨損有著顯著的影響。

碳纖維復(fù)合材料為什么難加工

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)在加工過程中，基體和纖維存在較為復(fù)雜的內(nèi)部相互作用，使其物理特性與金屬有較大區(qū)別，CFRP密度遠(yuǎn)小于金屬而強(qiáng)度大于絕大部分金屬。因?yàn)镃FRP的不均勻性，在加工過程中往往會(huì)出現(xiàn)纖維拉出或基質(zhì)纖維的脫離;CFRP 具有較高的耐熱性和耐磨性，使其在加工過程中對(duì)設(shè)備的要求較高，因?yàn)樯a(chǎn)過程中產(chǎn)生大量切削熱對(duì)設(shè)備磨損較為嚴(yán)重。

同時(shí)其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展要求也越來越細(xì)膩，對(duì)材料適用性做出要求，對(duì)CFRP 的質(zhì)量要求也越來越苛刻也致使加工成本上浮。

本文重點(diǎn)介紹了碳纖維復(fù)合材料加工原理以及為什么難加工，可以看到碳纖維復(fù)合材料加工工藝還是很復(fù)雜的，當(dāng)然這些所有的因?yàn)橐沧⒍怂募庸るy度。