复合材料机械加工方案(含铝基复合材料)

复合材料机械加工方案（含铝基复合材料）

目前，对于环境问题的重视以及节能减排的迫切需求，复合材料由于具有比强度高、质量轻、比模量高、抗疲劳性能好及减振性能好而得到广泛应用。复合材料是一种混合物，在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料，本文主要介绍一下复合材料的应用领域，复合材料机械加工难点，复合材料机械加工刀具的选择。

1、复合材料的种类

（1）按基体相的性质分为：金属基复合材料和非金属基复合材料。

金属基复合材料分为：铝基复合材料，钛基复合材料和铜基复合材料。

非金属基复合材料分为：塑料基复合材料，橡胶基复合材料和陶瓷基复合材料。

（2）按增强相的形态分为：纤维增强复合材料，颗粒增强复合材料和叠层复合材料

纤维增强复合材料分为：纤维增强塑料（玻璃钢），纤维增强橡胶（轮胎），纤维增强陶瓷和纤维增强金属。

颗粒增强复合材料分为：金属陶瓷和弥散强化金属。

叠层复合材料分为：双层金属复合材料和三层复合材料。

2、复合材料的应用领域

汽车，航空航天，风力发电、交通运输、土木建筑、医疗器械、体育器材等行业。

3、复合材料的加工难点

（1）毛刺。由于切断效果不好，使得材料周围有剩余纤维。针对这样的问题，需要提高刀具的锋利性。

（2）分层。沿着刀具切削力的方向，如果切削力过大，通常会造成表面的材料被撕裂，造成分层。对于这种问题，需要通过对刀具刃型设计和切削参数的调整来避免。

（3）刀具磨损。刀具磨损是复材加工中比较常见的问题。加工复材的纤维强度，树脂种类等都会引起刀具的磨损，需要根据材料和加工工况合理选择刀具。

（4）树脂烧熔。部分复合材料使用的树脂耐高温程度较低，在快速切削的过程中产生的削热容易引起树脂烧熔。

4、复合材料加工刀具的选择

复合材料的分层、毛边和刀具后刀面磨损过快都是由复合材料中高硬度成分和具有不同特性的多相结构所造成的。所以在选择刀具时尤为重要。

4、PCD刀具加工复合材料的切削参数范围

PCD刀具在加工复合材料过程中，由于机床设备不同，被加工零件不同，所采用的切削参数也不同，所以华菱超硬只提供一个切削范围，从低到高去尝试，测试出一个适合的切削参数范围。

2、车削加工

车削加工是非常常见的基础加工方法，通常适用于圆柱表面预定公差的实现。车削加工过程中，进刀速度、吃刀深度和切削速度切削三要素和刀具性能都会影响复合材料零件成品的表面质量。

CDW010材质是以硬质合金为基体，只有切削刃部位是金刚石材质，焊接牢固，不会造成脱焊现象，而且耐磨性和抗震性好，切削性能稳定，其中车削加工工序在玻璃纤维复合材料领域应用较多，如风电叶片行业中常用的4款刀片型号为CDW010材质的WCMT06T3，WCMT0905，SEHT1204，SPMT16T4

铣削加工是复合材料机械加工中应用最多的一种方式，如尺寸较大、外壁较厚的复合材料零部件(尤其是喷气发动机的外壳)需要进行大量的侧铣和面铣加工，孔加工通常也会涉及到铣削。

复合材料的铣削加工通常采用CDW302材质PCD 铣刀或者是涂层铣刀，对于尺寸较小的铣刀焊接PCD 刃口很难，失败率很高，这时就选择金刚石涂层铣刀，CDW302材质是2μm 和25μm 的混合粒度，具有优良的耐磨性，刃口强度和刃口质量，如果想要更好的表面质量则选择CDW010材质，兼顾了良好的韧性和较高耐磨性，确保复合材料零件的加工质量。

4、钻削加工

钻削加工往往是复合材料零件的真正挑战。在金属零件上钻孔时，只需去除工件材料并对孔进行清理即可。但钻削复合材料则不同，在多层结构的复合材料上钻孔时，钻头可能会推挤各层材料，并在出口一侧造成不可接受的分层剥离、开裂等缺陷。用标准的金属切削钻头钻削复合材料工件，会将复合材料工件的钻出孔口撕裂。因此，钻削复合材料通常需要使用量身定制的专用钻头。

目前钻削符合材料的钻头有镶嵌PCD 材质的钻头，和金刚石涂层钻头（右图），其中PCD 钻头常用材质是CDW302材质和CDW1010材质（左图）。CDW302材质钻削复合材料工艺稳定，产生较少的热量；更佳的孔眼质量、精度和表面粗糙度。

而且大多数热固性复合材料层合板在钻孔后会产生收缩，因此精加工是要考虑一定的余量，即钻头尺寸要略大于孔径尺寸，钻孔时最好用垫板垫好，以免边缘分层和外层撕裂。另外钻头必须保持锋利，必须采用快速除去钻屑和使工件温升最小的工艺。

5、磨削加工

采用磨削可加工出高精度的聚合物基复合材料零部件，最常用的是粒度为30-240的砂带或鼓式砂轮机，大多数市售商用磨料均可使用，但最好采用合成树脂粘接的碳化硅磨料。热塑性聚合物基复合材料用常规机械打磨时，要加冷却剂，以防磨料阻塞。磨削有两种机械可用，一种是湿法砂带磨床，另一种是干法或湿法研磨盘。使用碳化硅或氧化铝砂轮研磨时不要用流动冷却剂，以防工件变软。