发布日期:2018-06-29 11:05:36
高强度钢、轻质合金、复合材料是未来轻量化材料的发展方向,同时复合材料也迎来了良好的发展机遇,碳纤维和玻璃纤维复合材料因其重量轻、强度大、可设计性好、耐冲击及耐腐蚀等优势,广泛应用于汽车、航空航天、风力风电等领域。
一、复合材料的切削加工方式
1.复合材料的车削加工
车削加工是在复合材料(CFRP)加工中应用最多的方法也是最基础的方法,通常适用于圆柱表面预定公差的实现。适合车削可以应用的刀具材料有硬质合金和聚晶金刚石。
加工过程中,进刀速度、吃刀深度和切削速度等参数和刀具性能都会影响工件成品表面质量,这也是技术优化的主要目标方向。
2.复合材料的铣削加工
铣削加工通常是对成品工件进行再加工的一种方式,加工精度要求较高,是对复杂工件粗加工后修缮性的铣削过程。
在加工过程中,端铣刀和复合材料(CFRP)之间要进行复杂的相互作用,容易造成CFRP工件存在没切断的纤维纱线以及分层现象。为此需要反复实验纤维取向、轴向和切向进给速度,形成最佳参数,进行铣削加工。另外,刀具材质的选择,也会对工件表面粗糙度产生显著影响,选择合适的刀具材质,设置合理的工艺参数,将会有效减少毛刺毛边的产生。
3.复合材料的钻孔加工
钻孔加工是复合材料工件常用的加工方式,也是主要难点,如在复合材料(CFRP)钻孔过程中,常出现材料离层现象、刀具的磨损以及孔内壁的质量问题等。
在同一切削参数下,与麻花钻头相比,参数对复合型特殊钻头的分层影响较低。对于成型的非标钻头,较大的进给速度和钻头直径可以减少分层,并且钻孔切削力会随着直径比的减小而增大,随着进给速度的增大而增大。
二、复合材料的切削加工难点
(1)复合材料层间强度低,易在切削力的作用下产生分层;
(2)纤维复合强度高,均匀性较差,难切削;
(3)精度要求高,不能容忍加工过程中的一点点异常偏差;
(4)预加工附加值高,不允许废品的产生。
三、复合材料的切削加工刀具材质选择
合理选择刀具材质,是加工复合材料的重要条件,根据复合材料的加工特点,要求刀具材料和刀具几何参数相对合理,既要耐磨、锋利,又要散热条件好,才能有效地切断纤维,达到合理的刀具寿命。
金刚石的硬度可达9000HV,是硬质合金的4~6倍,具有很高的耐磨性,其中CDW010材质属于中等粒度,耐磨性和抗崩刃性能兼优,可有效地切断纤维,保证较高的表面光洁度,减少刃磨刀具、抛光等辅助时间,减轻操作者的劳动强度,大大提高生产效率。
四、复合材料典型行业之风电叶片刀具方案
采用玻璃纤维增强复合材料的风电叶片,无论从性能方面、还是耐磨性、耐高温性、抗腐蚀性方面都比传统的铝材、钢材、木材类的好很多,深受风电行业的欢迎。其中加工玻璃纤维风电叶片用金刚石刀具方案如下:
(1)叶片根部加工:用金刚石刀具CDW010材质铰孔刀片,常用型号有:WCMT06T3,WCMT0905;
(2)叶片根部端面铣削:叶片根部被锯切后,表面不平整,需用金刚石铣刀片对风电叶片根部端面进行铣削加工,常用刀片型号:CDW010材质SEHT1204和SPMT16T4;
(3)风电叶片钻孔刀具:金刚石电镀铰刀。