碳纤维复合材料超声振动加工技术

随着各行业对材料轻量化和卓越性能的追求,碳纤维及其复合材料的应用越来越广泛,当然碳纤维复合材料的加工有很多种方法技术,今天小编跟各位聊一聊碳纤维复合材料超声振动加工技术。

超声振动加工机理是建立在传统加工过程中刀具和工件相对运动的基础上的,然后在对两者施加一定的超声振动,从而生产出性能更优越的复合型材料。该技术属于对传统技术的优化和辅助,较传统加工方式技术更加先进,成品工件表面质量更加细腻,同时也降低裂纹产生的现象节省了加工成本。有效减低了CFRP增强复合材料的加工难度,超声波的应用彻底改善了材料去除机理,降低工具和工件相互的摩擦力,减少了工具加工时间增强了刀具作用力,提高了加工效率减少了刀具磨损,使工件加工的精度和质量更先进。主要有超声振动钻孔加工、超声振动磨削加工、超声振动铣削加工,超声振动切削加工。

(1)碳纤维复合材料超声振动钻孔加工

超声振动钻孔加工是一种非传统的加工方法,在高效钻削加工复合材料方面具有很大发展潜能,其主要优点包括减小切削力和力矩;提高加工表面质量,减少毛刺;避免分层现象发生等。

有学者研究以金刚石磨粒旋转超声振动钻孔加工 CFRP,旋转超声钻孔加工对 CFRP的机理分析表明:CFRP 的材料去除机理更适用于脆性断裂而不是塑性变形,建立切削力模型用于预测加工参数和加工环境对切削力影响的关系,并通过试验验证了该力学模型的准确性。

(2)碳纤维复合材料超声振动磨削加工

超声振动磨削加工结合了金刚石磨削加工材料去除机理和具有超声加工特点的复合式磨削加工技术。其优点主要有:可产生切削力减小和切屑减薄的效果;改善工件表面精度和形状精度;提高材料去除率,延长工具的寿命;提高脆性与延性域发生转变的临界切削深度,实现脆性材料的延性域加工。

本文主要介绍了碳纤维复合材料超声振动加工技术,超声振动加工技术是碳纤维复合材料很重要的加工方式,当然碳纤维复合材料的加工技术还有很多种,这些加工方式可以结合起来使用,以求达到更好的效果。

碳纤维复合材料的加工方法

碳纤维复合材料加工有很多种方法,当然这些方法都是需要综合使用的。那么具体来说碳纤维复合材料的加工方法有哪些呢?本文小编就跟大家说说这个大家都关心的问题。

碳纤维复合材料的车削加工

车削是在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主要材料为硬质合金或陶瓷以及聚晶金刚石。加工工艺中进刀速率,所切深度和切削的速度都会影响工件成品表面质量和道具损坏程度,这也是进行技术优化的目标方向。

碳纤维复合材料的铣削加工

铣削通常是对成品工件再加工的一种加工方式,要求的加工精度较高对复杂工件粗加工后的修缮性的铣削过程。在加工过程中同样端铣刀和CFRP 之间要进行复杂的相互作用,造成 CFRP 工件存在没切断的纤维纱线以及分层现象。为减少和避免类似缺陷产生只要在加工前期,科学预测切削力和轴分层和未切断的纤维纱线毛边的现象时有发生的大小,控制加工工艺参数设置将有效减少了毛刺毛边的产生。

主要的工艺参数如纤维取向、轴向和切向进给速度、切削速度等,都会对工件表面粗糙度产生显著影响。铣削加工的技术要求反复实验纤维取向,轴向和切向进给速度,形成最佳参数后再进行铣削加工。

碳纤维复合材料的钻孔加工

工件要求螺栓或铆接装配时需钻孔操作在CFRP 钻孔过程中仍然存在一定问题。经实验分析设置的切削参数、钻头的几何形态以及切削的质量对上诉产生的问题均产生明显影响。通常把损伤区最大直径和孔径比率称为损伤因子,也是表示分层现象的程度,分层因子越大表示分层问题越为严重。

通过实验可以推理切削过程中推力和分层现象产生也有相互关系,推削力的大小也可表示分层程度。基于相同的钻孔材料不同于其他加工方式,钻孔加工中切削速率不会给切削力产生很大影响。

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分层影响较低。对于特殊几何特征的钻头,较大的进给速度和钻头直径可以减少分层,并且不同直径比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。

关于碳纤维复合材料的加工方法,本文重点介绍了几个方面的内容,当然碳纤维复合材料的加工方法还有很多,大家可以具体去查阅下相关资料。

碳纤维复合材料的加工原理是怎样的

碳纤维复合材料的加工是很科学严谨的,所以我们想要搞清楚碳纤维复合材料加工首先得搞清楚其中的原理,那么具体来说碳纤维复合材料的加工原理是怎样的呢?

纤维取向

纤维取向在 CFRP 工件和刀具接触面的相互作用中会产生重大影响,切屑形成和纤维取向密切相关。CFRP 工件和刀具接触面的断裂是由刀尖所施加的压力导致的。在多种纤维取向方面共有3 种切削机理:

碳纤维复合材料加工原理及方法

(1)纤维的断裂沿着纤维和基体接触面的方向即纤维取向是0°。

(2)刀具剪切时方向垂直于纤维轴纤维取向为75°。

(3)纤维取向为 90°甚至负角度,纤维方向角度 30°和60°以及90°是最关键的方向,它们会导致大的切削力和集中磨损及工件破坏,通过增加刀具后角值有效地减小进给推力。

切削热

CFRP 的切削过程是碳纤维断裂和基体材料去除的复杂过程,工件和切削刀具之间摩擦升温甚至引起刀具高温软化或分解。CFRP 导热性较差所以在切削过程禁止使用冷却液,致使产生的切削热不能快速散出从而将热量传到切削刀具上,加剧了切削设备的磨损使其使用寿命大打折扣,同时使工件的表面热量更加剧,影响复合材料表面成型降低了复合材料使用中的性能。

复合材料切削热的研究主要集中在切削温度的测量方法上,国内外很多学者采用红外测温仪、热像仪或者埋入热电偶等方式对碳纤维复合材料的切削温度进行测量研究。

刀具磨损机理

CFRP 属于难加工材料主要是其对刀具的磨损非常迅速。工件在刀具上被加工时二者表面接触大,在加工过程中长期的磨损和震动,使刀具上的硬质颗粒偶有脱离从而形成了所谓的刀具磨损。

磨损类型大致可分为刀具破坏和磨损,按照磨损的位置不同磨损又可分为刀尖磨损、刀具侧面磨损、刀具边缘破坏和边缘磨损。

影响刀具磨损的因素有很多,主要包含加工工艺参数、刀具几何形状和材料等。在 CFRP 切削过程中工艺参数(如切削速度、进给速度、纤维取向等)会显著地影响刀具磨损。一般而言切削速度增加会加剧侧面磨损。刀具几何形状和材料对加工表面和切屑形成等有显著影响。

关于碳纤维复合材料的加工原理就介绍到这里,通过本文的介绍相信大家都有所了解了。当然只是了解加工原理还是远远不够的,还有更多的具体操作问题大家都需要注意。

碳纤维本体加工需要什么刀

关于进行碳纤维复合材料加工时,会遇到脆性大、硬度高的特点,那么在整个进行切削的过程存中,多数情况下都会遇到一些麻烦,例如难成屑、导热慢、切削区域温度高,以及刀具易磨损等问题,这时已经加工好的产品,就会出现有不同程度分层、撕裂、翻边等状况。所以在对刀具的要求还是很高的,下面来具体了解一下,碳纤维本体加工需要什么刀吧。

  1. 1、“菠萝刃”镂铣刀。这种刀具的上切、下切菱型刃设计能有效切断碳纤维材料。同时较深的排屑槽在切削加工过程中能够通过切屑的排出带走大量的切削热,避免碳纤维复合材料机体的损伤。此外带金刚石涂层的刀具表面能够提高刀具的耐磨性能,从而大大延长刀具的使用寿命。
  2. 2、双刃压迫式铣刀。双刃压迫式铣刀采用左螺和右螺旋刃的设计,锋利的切削刃同时具有上切和下切的螺旋梢,切削时平衡刀具上下轴向力,确保将切削力合力指向材料的内侧,以获得稳定的切削条件,可抑制材料分层现象的产生。该刀具适用于加工较厚的碳纤维层合材料或夹层材料。
  3. 3、PCD8面刃钻头。PCD8面刃钻头采用8面刃的钻尖设计,使得刀具能够更好的进出增强型碳纤维复合材料,从而就能减少碳纤维复合材料的分层趋势,为能够更好的切断碳纤维,该类刀具可采用在整体硬质合金钻头焊接PCD的切削方式制造,以获得更好的耐磨性能,能够在加工过程中长久的保持刀具的锋利性。

在一些资历不是很高的碳纤维加工厂商里,很多都会遇到碳纤维复合材料机械切削加工出现分层的情况,在对碳纤维复合材料进行钻孔时,刀其必须锋利,切削参数至少在2000r/min以上,但也不能过高,最好采用4000-6000r/min的转速。

刀具、加工参数方面可以得出以下结论:
1、从刀具方面可以粉出:普通离速钢麻花钻不合适加工碳纤维复合材料,因为它容易崩坏、烧损,而多特的三尖两刃钻是专门针对非金属材料设计的钻削刀具,刀口过于锋利,不易出现损坏和烧损的现象。因此三尖两刃钻头更加适合于碳纤维复合材料的钻削加工。2、从加工参数方面可以看出:当转速低于2000r/min或高于6000r/min时,即使使用多特刀其和铣床加工,增加装夹垫板,也无法避免碳纤维复合材料出现分层、劈裂缺陷;当转速离于2000r/min后,情况就会有所好转,当遇到转速达到4000-6000r/min时,使用多特刀其的钻削质量得到保证,如选用普通钻头则建议增加垫板进行钻削。

碳纤维本体加工需要什么刀呢?大家在看了以上的介绍之后,一定基本有了了解,可以根据自己的需求来正确选择。

碳纤维本体加工方法有哪些

随着各行业对材料轻量化和卓越性能的追求,碳纤维及其复合材料的应用越来越广泛。同时专业做碳纤维本体加工的厂家也越来越多,那么具体来说碳纤维本体加工方法有哪些呢?本文小编就跟大家聊聊碳纤维本体的加工方法。

碳纤维本体加工方法之车削加工
车削是在 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主要材料为:硬质合金或陶瓷以及聚晶金刚石。加工工艺中进刀速率,所切深度,和切削的速度都会影响工件成品表面质量和道具损坏程度,这也是进行技术优化的目标方向。

碳纤维本体加工方法之铣削加工
铣削通常是对成品工件再加工的一种加工方式,铣削加工要求的加工精度是比较高的,对复杂工件粗加工后的修缮性的铣削过程。在加工过程中同样端铣刀和CFRP之间要进行复杂的相互作用,造成 CFRP 工件存在没切断的纤维纱线以及分层现象。为减少和避免类似缺陷产生,只要在加工前期科学预测切削力和轴分层和未切断的纤维纱线毛边,控制加工工艺参数设置将有效减少了毛刺毛边的产生。
主要的工艺参数如纤维取向、轴向和切向进给速度、切削速度等,都会对工件表面粗糙度产生显著影响。铣削加工的技术要求是反复实验纤维取向和轴向和切向进给速度,形成最佳参数后再进行铣削加工。

碳纤维本体加工方法之钻孔加工
工件要求螺栓或铆接装配时需钻孔操作,在CFRP 钻孔过程中仍然存在材料的离层现象,刀具的严重损耗以及孔内壁的质量问题。经实验分析设置的切削参数、钻头的几何形态以及切削的质量对上诉产生的问题均产生明显影响。通常把损伤区最大直径和孔径比率称为损伤因子,也是表示分层现象的程度,分层因子越大表示分层问题越为严重。

通过实验可以推理出切削过程中推力和分层现象产生也有相互关系,推削力的大小也可表示分层程度。基于相同的钻孔材料不同于其他加工方式,钻孔加工中切削速率不会给切削力产生很大影响。 关于碳纤维本体加工方法的问题,本文重点给大家介绍了三种常见的加工方法,通过本文的讲解,大家应该知道碳纤维本体加工方法有哪些了吧。

碳纤维本体加工的工艺要点

对于碳纤维很大部分人都是所知不多的,但如果需要用到或者正在使用碳纤维的朋友,就可能会对碳纤维本体加工工艺感兴趣了。那么具体来说碳纤维本体加工的工艺要点是怎样的呢?本文小编就跟大家详细介绍下相关知识。

首先来看看碳纤维材料到底是什么?
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,不同种类的碳纤维其含碳量也不一样但大多数在90%以上。一般碳素材料的特性都是碳纤维具有的。但不同于一般碳素材料的是碳纤维材料有显著的各向异性的外形,并且会沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小因此有很高的比强度。
那么碳纤维本体加工的工艺要点具体有哪些呢?下面小编就给大家介绍碳纤维本体加工四个方面的工艺要点。

  1. 1、碳纤维本体加工的工艺要点之一就是杂质缺陷少化,这是提高碳纤维拉伸强度的根本措施也是科技工作者研究的热门课题。在某种意义上说提高强度的过程实质上就是减少、减小缺陷的过程。
  2. 2、研究高温技术和高温设备以及相关的重要构件。高温炭化温度一般在1300到1800℃,石墨化一般在2500到3000℃。在如此高的温度下操作既要连续运行、又要提高设备的使用寿命,所以研究新一代高温技术和高温设备就显得格外重要。如在惰性气体保护和无氧状态下进行的微波、等离子和感应加热等技术。
  3. 3、实现原丝高纯化、高强化、致密化以及表面光洁无暇是制备高性能碳纤维的首要任务。碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始。原丝质量既决定了碳纤维的性质又制约其生产成本。PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件,也是碳纤维本体加工的工艺要点之一。
  4. 4、在预氧化过程中保证均质化的前提下尽可能缩短预氧化时间,这是降低生产成本的方向性课题,也是重要的碳纤维本体加工工艺要点。

以上不仅介绍了有关于碳纤维是什么材料,同时还重点介绍了碳纤维本体加工的工艺要点。对于碳纤维产品大家一般要注意的是在选择上有一定的技巧和方法,另外大家在购买时一定要看清一些产品的防伪标志,不要被一些无良的售卖者所欺骗买到质量不好的碳纤维产品。

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