典型復(fù)合材料零件加工技術(shù)

典型復(fù)合材料零件加工技術(shù)典型復(fù)合材料零件加工技術(shù) 2014/08/08 機(jī)械工程師雜志2014年第五期1典型零件的車削加工在前期對該類復(fù)合材料結(jié)構(gòu)切削加工處于探索階段，考慮材料高強(qiáng)度、高脆性、纖維密集處切削性能差等特點(diǎn)，刀具應(yīng)同時(shí)滿足鋒利、不易磨損等條件，為此選用焊接式硬質(zhì)合金YW1刀具進(jìn)行加工。主要加工方法為采取小切深、小進(jìn)給量、連續(xù)沿輪廓等距方式走刀。以復(fù)合內(nèi)襯為例，其加工程序如下。由以上程序可以看出，該加工方法主要是按照傳統(tǒng)的加工方式先進(jìn)行等距車削走刀路線，如圖2所示。加工過程中出現(xiàn)的主要問題：1）零件表面有燒傷現(xiàn)象；2）崩邊缺陷現(xiàn)象嚴(yán)重；3）尺寸不穩(wěn)定；4）刀具磨損快。2影響加工質(zhì)量的主要因素與解決方案2.1影響加工質(zhì)量的主要因素1）材料組織均勻性。從圖2可以看出，在加工復(fù)合內(nèi)襯過程中，兩端及臺階銳邊處出現(xiàn)了崩邊缺陷。由于復(fù)合內(nèi)襯毛坯存在直角階梯結(jié)構(gòu)，模壓中流體在該區(qū)域的流向是渦流，對纖維與酚醛樹脂混合流體的流動(dòng)不利，另一方面，固化過程中流動(dòng)聚積多在邊緣部分，使模壓后邊角部分組織不均勻，導(dǎo)致邊緣處強(qiáng)度降低，脆性增大，加工時(shí)容易崩邊。2）刀具和切削參數(shù)。復(fù)合材料碳纖維/酚醛、高硅氧/酚醛切削性能較差，在沒有冷卻介質(zhì)的情況下，若切削進(jìn)給偏大或者刀具磨損不夠鋒利，可能導(dǎo)致加工表面出現(xiàn)“拉絲”和“起毛”現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)纖維被成片扯離等嚴(yán)重缺陷。另外，走刀路線不合理也是引起表面缺陷尤其是邊緣崩裂缺陷的主要原因之一。2.2解決措施1）改進(jìn)毛坯結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料的組織均勻性是影響其切削性能的主要因素之一。因此，將復(fù)合內(nèi)襯毛坯結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將原來的直角階梯柱面改為一個(gè)柱面，并由R10曲面與錐面光滑連接，避免尖角結(jié)構(gòu)，改善其流動(dòng)性（圖3）。2）合理選擇刀具與切削參數(shù)。由于復(fù)合內(nèi)襯的結(jié)構(gòu)特性，切削刀具應(yīng)滿足鋒利、高耐熱性、耐磨性好、主切削刃強(qiáng)度高等特點(diǎn)。因?yàn)楦咚黉摰毒卟痪邆湟陨咸攸c(diǎn)，所以我們選擇了TiAlNPVD涂層硬質(zhì)合金、PCBN（涂層CBN）、PCD（金剛石）3種刀具。其切削參數(shù)如表1。由表1輪廓車削試驗(yàn)可以看出，加工碳纖維/酚醛、高硅氧/酚醛復(fù)合材料時(shí)選用PCD刀片能夠滿足各尺寸精度要求，表面效果好，加工效率很高；因?yàn)镻CD、PCBN刀片是燒結(jié)在硬質(zhì)合金上，所以刀片的切削刃比較短，因此，在使用PCD刀片加工復(fù)合材料時(shí)ap不宜太大；在加工碳纖維/酚醛、高硅氧/酚醛復(fù)合材料時(shí)不許加任何冷卻介質(zhì)，所以在加工過程中切削速度速v不宜過高（PCD刀具理論切速v=650800m/min）。3）優(yōu)化加工方法。加工方法的選擇尤為重要，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，總結(jié)出以下經(jīng)驗(yàn)：（1）增加切槽工步：在加工復(fù)合內(nèi)襯時(shí)增加切刀首先在左端粗切，去除軸向余量，Z向余量保證在0.10.2mm之間，X向余量0.51mm之間。（2）合理編排精加工切削路徑如圖4，斷面路徑如圖5。（3）粗、精加工刀具分開使用，經(jīng)常觀察精加工刀具的鋒利程度，發(fā)現(xiàn)后刀面磨損嚴(yán)重應(yīng)及時(shí)更換。3結(jié)語通過對復(fù)合內(nèi)襯加工的工藝試驗(yàn)，解決了該類零件加工的技術(shù)難題，總結(jié)了一套實(shí)用的加工方法，在實(shí)際運(yùn)用中取得了很好的效果：1）PCD刀片是加工碳纖維/酚醛、高硅氧/酚醛復(fù)合材料的首選；2）宜采用低切削速度、小切深，這樣可以提高刀具壽命；3）用PCD刀片加工碳纖維/酚醛、高硅氧/酚醛復(fù)合材料采取“入體”路徑切削法，合理設(shè)計(jì)模壓毛坯和模壓工藝等技術(shù)措施，能有效地解決零件“翻邊”“拉絲”“崩邊”等問題。作者：石明王勇單位：中航工業(yè)空空導(dǎo)彈研究院十三分廠 上一個(gè)文章： 采油車全自動(dòng)排繩裝置研究下一個(gè)文章： 洗井返出液處理系統(tǒng)的優(yōu)化