生產(chǎn)管理
復合材料的切削加工與實(shí)例 |
| 發(fā)布時(shí)間：2019/6/6 |
| 一、復合材料的鉆削加工 復合材料有別予金屬，若用鉆金屬的刀具在復合材料上鉆孔，那么就會(huì )使鉆孔質(zhì)量很差，同時(shí)也會(huì )使刀具磨損過(guò)快。需要使用經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設計的刀具來(lái)解決因材料的摩擦而使鉆頭在分層材料上入孔和出孔時(shí)造成的材料脫層現象。 圖4、圖5為肯納飛碩金屬有限公司開(kāi)發(fā)的一種復合材料鉆孔刀具。應用該鉆頭在碳素纖維強化聚合物復合材料上鉆300個(gè)孔(鉆穿)以后才開(kāi)始產(chǎn)生毛刺和脫層現象，而其他的PCD鉆頭在鉆150個(gè)孔后就會(huì )產(chǎn)生毛刺和脫層現象。  圖4 SPF鉆 圖5 SPF鉆對碳素纖維強化聚合物復合材料的加工 由于碳素纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復合物的抗拉強度在1500~3000MPa之間，密度在1.5~2.0g/cm3之間。而鋼的抗張強度在1200~1500MPa之問(wèn)，密度為8.0lg/cm3；鋁抗張強度600MPa，密度為2.769/cm3。在選用刀具材料時(shí)，應選用含鈷較低的工具，既可以抗磨損，又可以增加工具的硬度和抵抗切割切削中產(chǎn)生的高溫。含鈷較低的工具降低了韌性，在復合材料上鉆孔時(shí)不需要過(guò)高的韌性，因為它不像在金屬上鉆孔那?#26377;?#35201;產(chǎn)生太大的鉆孔鉆削力度。金屬切割切削工具中的鍍層涂層很普遍，但是復合材料的切割切削刀具就不需要這樣。碳化物?#25805;|(zhì)合金的質(zhì)量和刃磨質(zhì)量，可使鉆頭獲得最佳的使用壽命。 對于加工難度較大的復合材料鉆孔，可采用122m/rain的切酎速度以確保鉆孔出口的完整性；對于容易切削材料，為提高生產(chǎn)效率，可采用137m/min的切削速度和最高0.lmm的進(jìn)鉆速度。被加工材料需要的壓力大于111N時(shí)，切削速度和進(jìn)鉆速度均應降低。 二、復合材料的切削加工實(shí)例 ?、?#20999;削玻璃鋼時(shí)，原用YG6X?#25805;|(zhì)合金刀具切削，c：30m/min，切削對間為6min，刀具因磨損嚴重而不能切削。改用國產(chǎn)PCD刀具后，口。=109m/min，切削時(shí)間為169min，刀具的后刀面只磨損了0.2mm。 ?、?#36554;(chē)削填充Si02的聚四氟乙烯時(shí)，用PCD刀具切削路程為70000m，后刀面只磨損了0.17mm，加工精度為IT5，表面粗糙度Ra為0.8~0.4um。而用813?#25805;|(zhì)合金，只車(chē)削了360m，后刀面嚴重磨損，影響車(chē)削質(zhì)量。PCD刀具的耐用度為?#25805;|(zhì)合金刀具耐用度的194倍。 ?、?#36554;(chē)削酚醛纖維制的軸承座時(shí)，用?#25805;|(zhì)合金車(chē)刀只能車(chē)削1000件，而且質(zhì)量得不到保證。用PCD車(chē)刀則能加工12000件，工件精度完全達到要求。 ?、?#21152;工玻璃纖維增強塑料時(shí)，用PCD刀具，在條件下，刀具耐用度是?#25805;|(zhì)合金刀具的150倍。 ?、?#36554;(chē)削Si02填充環(huán)氧樹(shù)脂的零件端面時(shí)，用?#25805;|(zhì)合金車(chē)刀只能加工210個(gè)，而用PCD刀具，則能加工3000個(gè)。 用PCD刀具切削碳纖維增強復合材料時(shí)，切屑呈粉狀，切削溫度較低，切削路程為?#25805;|(zhì)合金刀具的10倍，可是刀片磨損卻不到?#25805;|(zhì)合金的1/3。 ?、?#22312;玻璃鋼材料上車(chē)螺紋，容易出現起皮、掉渣、崩牙等現象。這是由于玻璃鋼的抗劈強度遠遠小于它的抗拉強度和抗壓強度。如3230酚醛層壓玻璃?#21450;?#30340;抗拉強度為98MPa，而它的抗劈強度只有12.7MPa。所以玻璃鋼在切削過(guò)程中，應在避免受劈的情況下進(jìn)?#26143;?#21066;，這樣可以避免上述不良現象的產(chǎn)生。這就要求要合理選擇車(chē)削玻璃鋼螺紋刀具的幾何參數和切削用量。 圖6(a)所示為負刃傾角月牙洼型正前角螺紋車(chē)刀；圖6(b)所示為負刃傾角負前角螺紋車(chē)刀。這兩種刀具車(chē)玻璃鋼螺紋，效果都好。它們的共同特點(diǎn)是，都采用?#32032;?#30340;刃傾角，這樣就改變了切削分力的大小與方向，對防止螺紋的缺陷十分有利。通過(guò)實(shí)踐證明，如果采用大于0度的刃傾角，螺紋的車(chē)削質(zhì)量就比較差。 用?#25805;|(zhì)合金車(chē)刀車(chē)削玻璃鋼螺紋的切削速度為20~80m/min，對玻璃布纏繞的管材螺紋的切削速度以20~35m/min為好，切削深度一般為0.1~0.5mm。 ?、逽iC顆粒增強鋁基復合材料超精密車(chē)削。使用天然金剛石刀具(SCD)對顆粒平均尺寸S=7jum的15%(體積分數)SiCp/2024A1復合材料進(jìn)行端面車(chē)削加工。機床轉速，2固定為1000r/min，每轉進(jìn)給量，和切削深度口。分別在1~10/,m/r和1~20btm內變化。 切削深度口，對加工表面粗糙Ra的影響較小，當從1um增大到10um時(shí)，Ra增加幅度僅為10.23%。故實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，盡可能采用較大的切削深度以提高生產(chǎn)效率。但切深增大時(shí)，切削力和切削溫度也增大，刀具磨損率也增大，同時(shí)過(guò)大的切削深度會(huì )造成切削不平穩，從而對加工表面質(zhì)量不利。 刀具每轉進(jìn)給量廠(chǎng)對加工表面粗糙度的影響顯著(zhù)。當廠(chǎng)從lum/r增大到10/lm/r時(shí)， Ra增船幅度達182.16%(對直線(xiàn)刃SCD刀具而言)。隨進(jìn)給量的增大，刀具與工件相對振動(dòng)明顯加劇，且加工表面由于SiC顆粒拔出、破碎而留下的坑洞、微裂紋、基體材料撕裂等缺陷也明顯增多。上述這些因素導致加工表面粗糙度值隨進(jìn)給量的增加而顯著(zhù)增大。實(shí)際生產(chǎn)中，宜采用盡量小的進(jìn)給量，這?#30828;?#20294;能容易獲得良好的加工表面，還能降低切削力、切削溫度以及增加切削平穩性。但進(jìn)給量越小，切削層厚度越薄，加工表面與后刀面間的摩擦越嚴重，粉末狀切屑對后刀面的研磨作用越強，從而刀具磨損?#31034;?#36234;大。在很小的進(jìn)給量下(小于0.2mm/r)切削時(shí)，金剛石刀具發(fā)生了不正常的越度密損。這種現象的出現可能是因為金剛石刀具發(fā)生了擴散磨粒磨損。工程實(shí)際選擇進(jìn)給量時(shí)，應綜合考慮刀具費用、生產(chǎn)率和加工表面質(zhì)量。 增加楓床轉速刀，Ra有所減小，但，l對Ra的影響遠沒(méi)有進(jìn)給量，顯著(zhù)。對SiCp/A1復合材料，表面質(zhì)量和表面粗糙度在很大程度上受SiC顆粒去除機制的影響，而SiC顆粒的切斷和拔出機制又決定于基體材料應變率，即由切削時(shí)SiC顆粒?#36554;(chē)?#26448;料的塑性變形決定。一般來(lái)說(shuō)，當主軸轉速增大，基體材料應變率增大，鋁基體難于(來(lái)不及)變形，在這種情況下，SiC顆粒就傾向于被切斷而不是被拔出，從而產(chǎn)生的凹坑和裂紋減少，表面粗糙度也較好。 |
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