
碳纤维与芳纶纤维复合材料机械加工刀具选用
刘汉良
李光
张加波
王震张佳朋(北京卫星制造厂,北京100094)
文摘通过对复合材料特性和加工机理的分析,论述了复合材料机械加工对刀具材质、结构和几何参数的要求,介绍了几种适合于碳纤维和芳纶纤维复合材料机械加工的钻削和铣削刀具。
关键词碳纤维复合材料,芳纶纤维复合材料,刀具材料,刀具结构,几何参数
CuttingToolSelectioninCFRPandAFRPMachining
Liu Hanliang
ZhangJiabo
WangZhen
ZhangJiapeng
(Beijing Spacecrafts,Beijing100094)
LiGuang
AbstractCutting tool plays an significant role in composite machining. In this paper the special property of composite and its machining mechanism is analyzed, the requirement of cutting tool materials, structure and geomet-rical parameters for composite machining is discussed. Several kinds of drilling and milling tools which are fit for car bon fiber reinforced plastic(CFRP) and aramid fiber reinforced plastic (AFRP) are introduced.
Key wordsCFRP,AFRP,Cutting tool material,Tool structure,Geometric parameters
0引言
碳纤维复合材料与芳纶纤维复合材料具有轻质、高强、高韧、抗冲击、抗疲劳、耐高温、耐腐蚀等一系列优良性能,在国防科技领域取得了日益广泛的应用。在航天器结构中,碳纤维复合材料可以制成各种杆件、支架、加筋板壳、夹层板壳等主要或次要承力结构件,如太阳翼基板、天线反射器等);芳纶纤维复合材料则主要应用于航天器中的天线结构和隔热结构中[2-4],对各种航天器的轻量化、小型化、高性能化起到了至关重要的作用。
在各种复合材料结构零件的制造过程中,材料成形后通常还需要进行二次加工,以获得高质量和高精度的装配孔、定位孔和边缘轮席(3"),工艺方法以钻削加工和铣削加工为主。由于复合材料切削加工机理不同于金属切削,采用传统金属切削的加工方法表现出极大的难加工性,要获得良好的加工质量,复合材料刀具的选用显得尤为重要。本文主要介绍了几种适合于碳纤维和芳纶纤维复合材料机械加工的钻削和铣前刀具。
1复合材料加工对刀具的要求
1.1复合材料性能与加工机理分析
收稿日期:201306-04
复合材料结构与金属材料结构的区别导致了切削加工机理的不同。在切削加工过程中,金属材料被认为是一种均匀材料,而复合材料则为各向异性的非均匀材料,纤维的纵向强度和横向强度差异性较大,层合板材料的层内强度和层间强度差异性也很大[6-10)。在金属切削中,材料的去除是通过塑性变形、流动并以金属切屑的形式被剪切下来。区别于金属切削机理,碳纤维复合材料中由于纤维具有硬而脆的特性,材料的去除是通过一系列脆性断裂来实现的,切屑表现为粉末状;而芳纶纤维复合材料中的芳纶纤维表现为高韧性,在切削过程中则表现为芳纶纤维材料的拉断和基体材料的脆性断裂,切屑表现为絮状。
复合材料加工切削热的转移方式也不同于金属切削。在理想的金属切削过程中,切削区产生的大部分热量都被切屑带走;而在复合材料切过程中,一方面由于复合材料的导热性很差,切削热无法及时转移,会导致热量积聚在刀具中,另一方面由于航天产品材料的加工过程中不允许使用冷却液,因为冷却液可能会通过毛细作用渗人和损坏层压材料"],从而使刀具的切削热问题进一步加剧,温度过高还有可能
作者简介:刘汉良,1983年出生,硕士,主要从事航天器结构产品加工工艺研究。E-mail;lewish@126.com
宇航材料工艺http://www.yhclgy.com2013年第4期万方数据
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