碳纤维材料加工工艺分析

  碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征,碳纤维是一种力学性能优异的新材料。其具有更高的强度,更轻的重量,所以说碳纤维可以称为新材料之王。碳纤维材料密度远小于金属,而强度大于绝大部分金属。碳纤维的强度在3600MPa左右,而普通钢材的强度为780MPa左右。再来看韧性,碳纤维和钢材基本类似,没有明显的区别。

  碳纤维存在各向异性,在加工过程中往往会出现纤维拉出或基质纤维的脱离;碳纤维材料 具有较高的耐热性和耐磨性,使其在加工过程中对设备的要求较高,因此生产过程中产生大量切削热对设备磨损较为严重。同时,其应用领域的不断扩展,要求也越来越细腻,对材料适用性做出要求,对碳纤维材料的质量要求也越来越苛刻,同时也增加了生产成本。

  碳纤维板在固化成型后,为了精度要求或装配需要,还要进行切削、钻孔等后加工。在切削工艺参数、切割深度等相同条件下,选择不同材料、尺寸、形状的刀具和钻头,效果上有很大差异,与此同时,刀具和钻头的力度、方向、时间和温度等因素也会影响到加工的结果。

  碳纤维制品的加工尽量选择带金刚石涂层的锋利刀具和整体硬质合金的钻头,刀具和钻头本身的耐磨性决定了加工的质量和工具的使用寿命。如果刀具和钻头不够锋利或者使用不当,不仅会加速磨损,提高产品的加工成本,更会造成板材损伤,影响板材的形状、尺寸以及板材上孔、槽等加工部位尺寸的稳定性,严重时会造成材料出现层状撕裂,甚至是块状崩落,导致整块板材的报废。

  在对碳纤维板材进行钻孔时,转速越快效果越好。钻头的选择上,PCD8面刃钻头独特的钻尖设计较适合碳纤维板材,能更好地穿透碳纤维板材,降低分层的风险性。

  对较厚的碳纤维板材进行切割时,建议采用左、右螺旋刃设计的双刃压迫式铣刀,这种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。

  “菠萝刃”镂铣刀的上切、下切菱型刃设计也能有效切断碳纤维板材,其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,避免损伤碳纤维板材的性能。