引起碳纤维板孔加工分层的主要原因有两个:一个是轴向力,另一个是切削过程中产生的热。碳纤维板孔加工分层往往是这两种原因综合作用造成的,其中轴向力的作用是主要的。当轴向力作用在碳纤维板表面时,纤维层之间产生的内应力若达到或超过纤维层之间树脂的结合强度,则纤维层将由于树脂的断裂而产生分层。
从孔加工过程中碳纤维受力情况分析,钻削加工时刀具中心的轨迹为一条直线,切削速率为0,对材料只是轴向的挤压作用力,这就容易引起碳纤维板的分层。而在碳纤维板螺旋铣削加工过程中,刀具中心的轨迹为一条螺旋线。刀具中心不再与工件中心重合,而是沿着螺旋线不断变化,那么工件中心处材料就会被刀具切断而不是在挤压作用下破裂,从而大大降低轴向力的作用。
钻削加工时分层现象最严重的部位在出口处,铣削加工时出口处没有分层现象,而在人口处有轻微的分层现象。出口处分层主要是由轴向力引起的,而入口处的分层主要是由剪切应力造成的。试验中可以看出铣削加工时的轴向力要比钻削加工时的小得多。因此,在铣削加工孔时,可以避免材料未进入切削区而先行被破坏,从而能有效的避免材料分层、撕裂等缺陷的出现。
当钻孔入口缺陷主要为毛刺,出口缺陷主要为分层;螺旋铣孔入口缺陷主要为分层,出口缺陷主要为毛刺。螺旋铣削加工与钻削加工相比,孔表面毛刺少,撕裂现象较少,而且由于轴向力比较小,分层现象表现为轻微裂纹,因此孔加工质量比较高。
钻头只能加工孔径与刀具外径相同的孔,而铣刀则能铣削出不同孔径的孔。从而减少刀具库存量和种类,降低加工成本。可见,采用螺旋铣削方式对碳纤维板孔加工是可行的,而且要比常规钻孔质量要高。