碳纤维复合材料加工受纤维方向的影响吗？

2022-06-21 10:10 已解决

碳纤维复合材料因其具有高比强度、高比模量、良好的抗疲劳性和抗腐蚀性等优点，目前已广泛应用于航空航天、轨道交通、高端医疗等领域，为了满足这些领域高精装配要求，碳纤维复合材料制件需要进行机械加工以获得良好的加工表面质量。由于碳纤维复合材料有着各向异性、层间强度低、硬度高、导热性差等特点，在切削过程中会产生基体开裂、分层、纤维拔出等缺陷，属于典型的难加工材料。
研究人员以单向碳纤维复合材料为研究对象，通过改变不同的纤维方向角度进行铣削试验，从切削力、切口质量和刀具磨损等方面对碳纤维复合材料的加工机理进行分析，为碳纤维复合材料铣削加工表面质量的改善和刀具的优选提供基础。

试验采用超声辅助五轴加工中心，碳纤维复合材料实验板采用压条压板的方式进行装卡，试验用刀具为硬质合金多刃铣刀。试验采用中模高强碳纤维增韧环氧树脂预浸料单向铺贴制备而成的复合材料试样，铺层共32层，试件厚约6mm。选用4种纤维方向角θ（0°、45°、90°和135°）。



不同纤维方向角θ下碳纤维复合材料铣削时的最大切削力F由大到小分别对应的纤维方向角为θ=0°、θ=45°、θ=1359和θ=90°。研究人员分析认为，碳纤维垂直于纤维轴向的剪切强度小于其轴向的拉伸强度，所以当刀具切削纤维时，垂直于纤维切削所需切削办小于平行于纤维拉断纤维所需切削力。当纤维方向角θ依次为0°、45°、135°和90°时，刀具垂直于纤维轴向切削的几率逐渐增大，平行于纤维轴向切削的几率逐渐减小，综合作用下，铣削力F逐渐减小。

切削比能是指去除单位体积( 1mm)材料所消耗的能量，是评价刀具切削性能的重要指标之一。 研究不同纤维方向角θ切削比能由大到小的顺序分别为： θ=0°、0=45°、 8=135°和0=90°。当纤维方向角θ≥90°，其切削性能要优于θ