各種復合材料的機械加工特點

一、玻璃鋼
    玻璃鋼是玻璃纖維增強熱固性樹脂基復合材料的俗稱，屬難切削材料。玻璃鋼有酚醛樹脂基、環(huán)氧樹脂基、不飽和聚酯樹脂基等。玻璃纖維填料的主要成分是SiO2，堅硬耐磨,強度高, 耐熱，比木粉作填料的塑料可切性差。樹脂基體不同,可切削性也不相同。環(huán)氧樹脂基比酚醛樹脂基難切削。試驗證明，切削玻璃鋼的刀具材料以高速鋼磨損最嚴重，P類及M類硬質合金磨損也大，以K類磨損最小。K類中又以含鈷量最少的K10最耐磨損，而用金剛石或立方氮化硼刀具切削加工玻璃鋼，可大大提高生產效率。選擇刀具幾何參數時，對玻璃纖維含量高的玻璃鋼板材、模壓材料和纏繞材料，使r0=20~25°；對纖維纏繞材料，使r0＝20~30°。由于玻璃鋼回彈性較大，后角要選大值，使a0＝8~14°；副偏角小些，可降低表面粗糙度，精車時為6~8°。加工易脫層、起毛的卷管和纖維纏繞玻璃鋼，應采用6~15°刃傾角。切削時v＝40~100m/min，f＝0.1~0.5 mm/r，aP＝0.5~3.5mm，精車時aP＝0.05~0.2mm。
二、熱塑性樹脂基復合材料
熱塑性樹脂基復合材料機械加工的基本加工特點是：
1) 加工時加冷卻劑，以避免過熱，過熱會使工件熔化；
2) 采用高速切削；
3) 切削刀具要有足夠容量的排屑槽；
4) 采用小的背吃刀量和小的進給量；
5) 車刀應磨成一定的傾角，以盡量減少刀具切削力和推力；
6) 熱塑性復合材料鉆孔應用麻花鉆；
7) 應采用碳化鎢或金剛砂刀具，或用特殊的塑料用高速鋼刀具；
8) 工件必須適當支承(背部墊實)，以避免切削壓力造成的分層；
9) 精密機械加工時，要考慮塑性記憶和加工車間的室溫；
10) 刀頭和刀具要鋒利，鈍刀具會增加工件上的切削力。
三、金屬基復合材料
    金屬基復合材料(MMC)的最大特點是成型性能好，一次成型后已基本能滿足使用要求。但是隨著復合材料應用領域的擴大，特別是MMC在工業(yè)及宇航領域中的應用，對這種材料的加工和精加工日趨重要。例如美國制造的大型SiC/Al板材，需采用噴水切割并用標準鋼連接件固定在金屬基復合材料梁上，戰(zhàn)術導彈上用的體積百分比為25%SiC顆粒增強2124鋁基復合材料的擠壓毛坯必須采用金剛石刀具加工后才能應用，這樣就相應產生了水切割、鉆孔、車削等二次加工工藝。
    傳統(tǒng)的切割、車削、銑削、磨削等工藝一般都可用于MMC，但是刀具磨損較嚴重，往往隨著增強材料體積分數和尺寸的增大而加劇。且大顆�；蚶w維抵抗脫落的能力較強，因而刀具所受應力較強。因此，對于一些單纖維增強的MMC，往往必須用有金剛石尖或鑲嵌有金剛石的刀具。對于短纖維或粒子復合材料，有時也采用碳化鎢或高速鋼工具。增強體的強度對刀具的磨損也有影響。一般增強體的強度越高，切削加工就越困難。研究發(fā)現，碳化硅晶須增強的鋁基復合材料要比其它鋁基復合材料難加工。對于多數MMC，使用銳利的刀具，合適的切削速度，大量的冷卻/潤滑劑和較大的進刀量，可以得到很好的效果。一般來說，金剛石刀具要比硬質合金及陶瓷刀具好，可更適用于高速車削。反過來，如果使用碳化物刀具，若車削速度低，則刀具壽命長。線鋸也可用來割MMC，但一般速度較慢，只能切直線。
    由于復合材料與傳統(tǒng)材料有著不同的特點，所以復合材料的切削加工與金屬材料有著本質的區(qū)別，因此不能將從加工傳統(tǒng)材料中獲得的經驗和知識直接應用于復合材料的加工，必須通過新途徑對其加工性能進行研究。