各种复合材料的机械加工特点论述

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一、玻璃钢　　玻璃钢玻璃纤维增强热固性树脂基复合材料俗称，属难切削材料。玻璃钢有酚醛树脂基、环氧树脂基、不饱聚酯树脂基等。玻璃纤维填料主要成分SiO2，坚硬耐磨,强度高,耐热，比木粉作填料塑料可切性差。树脂基体不同,可切削性也不相同。环氧树脂基比酚醛树脂基难切削。试验证明，切削玻璃钢刀具材料以高速钢磨损最严重，P类及M类硬质合金磨损也大，以K类磨损最小。K类又以含钴量最少K10最耐磨损，而用金刚石或立方氮化硼刀具切削加工玻璃钢，可大大提高生产效率。选择刀具几何参数时，对玻璃纤维含量高玻璃钢板材、模压材料缠绕材料，使r0=20~25°;对纤维缠绕材料，使r0=20~30°。由于玻璃钢回弹性较大，后角要选大值，使a0=8~14°;副偏角小些，可降低表面粗糙度，精车时为6~8°。加工易脱层、起毛卷管纤维缠绕玻璃钢，应采用6~15°刃倾角。切削时v=40~100m/min，f=0.1~0.5mm/r，aP=0.5~3.5mm，精车时aP=0.05~0.2mm。
二、热塑性树脂基复合材料
　　热塑性树脂基复合材料机械加工基本加工特点：
　　1)加工时加冷却剂，以避免过热，过热会使工件熔化;
2 y6 N: g* ?( ^# v3 }　　2)采用高速切削;
( g) b7 y- u. t6 }. R$ Y5 B　　3)切削刀具要有足够容量排屑槽;
　　4)采用小背吃刀量小进给量;
　　5)车刀应磨成一定倾角，以尽量减少刀具切削力推力;
　　6)热塑性复合材料钻孔应用麻花钻;
　　7)应采用碳化钨或金刚砂刀具，或用特殊塑料用高速钢刀具;
: P, Y7 h7 q4 t( ]  l　　8)工件必须适当支承(背部垫实)，以避免切削压力造成分层;
, d8 m& E8 k1 v　　9)精密机械加工时，要考虑塑性记忆加工车间室温;
$ \! Y8 \( [- S* h: _2 H. S　　10)刀头刀具要锋利，钝刀具会增加工件上切削力。
* a& m( E7 }$ p' n9 ]8 p/ Q三、金属基复合材料
　　金属基复合材料(MMC)最大特点成型性能好，一次成型后已基本能满足使用要求。但随着复合材料应用领域扩大，特别MMC工业及宇航领域应用，对这种材料加工精加工日趋重要。例如美国制造大型SiC/Al板材，需采用喷水切割并用标准钢连接件固定金属基复合材料梁上，战术导弹上用体积百分比为25%SiC颗粒增强2124铝基复合材料挤压毛坯必须采用金刚石刀具加工后才能应用，这样就相应产生了水切割、钻孔、车削等二次加工工艺。
　　传统切割、车削、铣削、磨削等工艺一般都可用于MMC，但刀具磨损较严重，往往随着增强材料体积分数尺寸增大而加剧。且大颗粒或纤维抵抗脱落能力较强，因而刀具所受应力较强。因此，对于一些单纤维增强MMC，往往必须用有金刚石尖或镶嵌有金刚石刀具。对于短纤维或粒子复合材料，有时也采用碳化钨或高速钢工具。增强体强度对刀具磨损也有影响。一般增强体强度越高，切削加工就越困难。研究发现，碳化硅晶须增强铝基复合材料要比其它铝基复合材料难加工。对于多数MMC，使用锐利刀具，合适切削速度，大量冷却/润滑剂较大进刀量，可以得到很好效果。一般来说，金刚石刀具要比硬质合金及陶瓷刀具好，可更适用于高速车削。反过来，如果使用碳化物刀具，若车削速度低，则刀具寿命长。线锯也可用来割MMC，但一般速度较慢，只能切直线。
　　由于复合材料与传统材料有着不同特点，所以复合材料切削加工与金属材料有着本质区别，因此不能将从加工传统材料获得经验知识直接应用于复合材料加工，必须通过新途径对其加工性能进行研究。