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[原创] 复合材料的切削加工,这些参数太有价值了!

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发表于 2016-11-14 11:16:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

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复合材料是由两种或两种以上的不同性能、不同状态的组分材料,通过复合工艺组合而成的一种多相材料。它既保留原组分材料主要特色,又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。本文主要介绍了复合材料及其切削加工。

复合材料由基体相(环氧树脂、不饱和聚酯、呋喃树脂、聚酰亚胺、有机硅树脂及高性能热塑性树脂等)、增强相(玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、晶须及芳纶等)和界面相(聚合物基复合材料界面、金属基复合材料界面及陶瓷基复合材料界面等)组成。

1.复合材料的分类
(1)按增强体的几何形态分
①连续纤维增强复合材料,包括单向纤维、无纬布、二维织物、多向编织和混杂复合材料。
②短纤维复合材料,如晶须和无规则短纤维混合复合材料。
③颗粒增强复合材料,可分为弥散增强复合材料(粒径0.01~0.1μm)和粒子增强复合材料(粒径0.01~0.1μm)。
④薄片增强复合材料,其增强体为长与宽相近似的薄片。

(2)按增强纤维种类分
①玻璃纤维增强复合材料。
②有机纤维增强复合材料(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维和高强度聚烯烃纤维等)。
③碳纤维复合材料。
④金属纤维复合材料(钨纤维、不锈钢丝等)。
⑤陶瓷纤维(氧化铝、碳化硅及碳化硼等纤维)。

(3)按基体材料分
①聚合物基复合材料PMC,有机聚合物(热固性和热塑性树脂及橡胶)。
②金属基复合材料MMG,如铝基、钛基和铜基复合材料。
③无机非金属复合材料CMC、陶瓷材料(玻璃、水泥和碳等)。

(4)按材料使用功能分
①结构复合材料,主要用作支撑结构使用
②功能复合材料,它具有某种物理化学特性,如声、光、电、热、磁、耐腐蚀、阻尼、摩擦或换能等。



2.聚合物基复合材料的性能特点
(1)比强度、比模量高(见附表)。
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(2)耐疲劳性好,破损安全性高。大多金属材料的疲劳强度极限是拉伸强度的30%~50%,而碳纤维/环氧复合材料是70%~80%。而破损断裂不会像金属那样突然发生,在短期内不会失去承载能力。
(3)阻尼减振性好。吸收振动能量使振动阻尼很高。
(4)具有多功能性。瞬时耐高温、耐烧蚀好、电绝缘性、高频介电性好及良好的摩擦性能等。
(5)工艺性好。

3.金属基复合材料的性能特点
(1)高比强度和比模量,如碳纤维、硼纤维和碳化硅纤维等增强物,具有很高的强度和弹性模量。其强度可达3000~91000MPa,E=350000~450000,而密度只有1.85~3.4g/cm3。
(2)导热、导电性好。有的比纯金属高,如石墨、金刚石纤维。
(3)热膨胀系数小。当石墨纤维含量达48%时,它的线膨胀系数为零。
(4)优良的高温性能。耐热175~900℃。
(5)耐磨性能好。如汽车发动机、刹车盘及活塞等。
(6)良好的疲劳性能和断裂韧性。
(7)不吸潮、不老化且气密性好。



4.陶瓷基复合材料的性能特点
它具有熔点高、密度低、抗氧化、抗腐蚀、耐高温及耐磨损等特点。它的使用温度可达1000~2000℃。

5.复合材料在航天航空工业中的应用
主要用于固体火箭发动机燃烧室绝热壳体结构,导弹运载火箭的间段结构、液氢储箱结构、仪表舱结构、导弹和卫星整流罩结构,导弹防热材料以及卫星各种结构(碳纤维复合材料为代表的ACM先进复合材料)。
在其他方面,如交通、建筑、造船、防腐、电子、军械、体育和农业及机械制造等领域。

6.复合材料的切削加工
由于复合材料的比强度、比弹性模量比金属高许多倍,它的导热系数为金属的几十、几百分之一,它含有SiO2、碳化硅、碳化硼及陶瓷等高硬度的纤维或颗粒,加剧了刀具的磨损,加上树脂较软耐热性差一些,切削速度高了易产生糊状。所以要求刀具材料和刀具几何参数相对合理,既要耐磨、锋利,又要散热条件好,才能有效地切断纤维,达到合理的刀具寿命。

(1)刀具材料。①硬质合金:YG类添加TaC或NbC超细颗粒硬质合金。②PCD和CVD刀具:它的硬度是硬质合金的4~6倍,有很高的耐磨性(是硬质合金的几百倍),由于它耐磨,可以保持锋利的刃口,有效地切断纤维,所以加工质量好。③PCBN刀具:它的硬度可达9000HV,耐磨也极高。

(2)刀具几何参数。γ0=0°~5°,α0=10°~15°,κr=30°~60°,rε=0.4~1.2mm;螺纹刀具γp=15°~20°;钻头2φ=60°~80°。

(3)切削用量。高速钢刀具Vc=10~15m/min,硬质合金刀具Vc=40~80m/min,PCD、CVD、PCBN刀具Vc=150~200m/min,f、ap无特殊要求。

(4)切削液。最好不使用切削液。

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发表于 2017-5-15 15:41:59 | 显示全部楼层
楼主说的我也略懂!
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发表于 2017-6-21 21:28:37 | 显示全部楼层
楼主是一个典型的文艺青年啊!
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发表于 2017-6-23 22:01:47 | 显示全部楼层
我回帖楼主给加积分吗?
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发表于 2017-6-24 20:14:34 | 显示全部楼层
楼主你想太多了!
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发表于 2017-7-11 14:23:43 | 显示全部楼层
楼主很有经验啊!
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发表于 2017-10-2 08:16:00 | 显示全部楼层
谢谢楼主的分享,楼主辛苦啦
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发表于 2018-11-28 15:02:14 | 显示全部楼层
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发表于 2018-12-14 12:01:15 | 显示全部楼层
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