典型復合材料零件加工技術范文

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《機械工程師雜志》2014年第五期

1典型零件的車削加工

在前期對該類復合材料結構切削加工處于探索階段，考慮材料高強度、高脆性、纖維密集處切削性能差等特點，刀具應同時滿足鋒利、不易磨損等條件，為此選用焊接式硬質合金YW1刀具進行加工。主要加工方法為采取小切深、小進給量、連續沿輪廓等距方式走刀。以復合內襯為例，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的加工方式先進行等距車削走刀路線，如圖2所示。加工過程中出現的主要問題：1）零件表面有燒傷現象；2）崩邊缺陷現象嚴重；3）尺寸不穩定；4）刀具磨損快。

2影響加工質量的主要因素與解決方案

2.1影響加工質量的主要因素1）材料組織均勻性。從圖2可以看出，在加工復合內襯過程中，兩端及臺階銳邊處出現了崩邊缺陷。由于復合內襯毛坯存在直角階梯結構，模壓中流體在該區域的流向是渦流，對纖維與酚醛樹脂混合流體的流動不利，另一方面，固化過程中流動聚積多在邊緣部分，使模壓后邊角部分組織不均勻，導致邊緣處強度降低，脆性增大，加工時容易崩邊。2）刀具和切削參數。復合材料碳纖維/酚醛、高硅氧/酚醛切削性能較差，在沒有冷卻介質的情況下，若切削進給偏大或者刀具磨損不夠鋒利，可能導致加工表面出現“拉絲”和“起毛”現象，甚至出現纖維被成片扯離等嚴重缺陷。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）改進毛坯結構。復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，將復合內襯毛坯結構進行改進，將原來的直角階梯柱面改為一個柱面，并由R10曲面與錐面光滑連接，避免尖角結構，改善其流動性（圖3）。2）合理選擇刀具與切削參數。由于復合內襯的結構特性，切削刀具應滿足鋒利、高耐熱性、耐磨性好、主切削刃強度高等特點。因為高速鋼刀具不具備以上特點，所以我們選擇了TiAlNPVD涂層硬質合金、PCBN（涂層CBN）、PCD（金剛石）3種刀具。其切削參數如表1。由表1輪廓車削試驗可以看出，加工碳纖維/酚醛、高硅氧/酚醛復合材料時選用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；因為PCD、PCBN刀片是燒結在硬質合金上，所以刀片的切削刃比較短，因此，在使用PCD刀片加工復合材料時ap不宜太大；在加工碳纖維/酚醛、高硅氧/酚醛復合材料時不許加任何冷卻介質，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=650～800m/min）。3）優化加工方法。加工方法的選擇尤為重要，經過反復試驗，總結出以下經驗：（1）增加切槽工步：在加工復合內襯時增加切刀首先在左端粗切，去除軸向余量，Z向余量保證在0.1～0.2mm之間，X向余量0.5～1mm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，經常觀察精加工刀具的鋒利程度，發現后刀面磨損嚴重應及時更換。

3結語

通過對復合內襯加工的工藝試驗，解決了該類零件加工的技術難題，總結了一套實用的加工方法，在實際運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/酚醛復合材料采取“入體”路徑切削法，合理設計模壓毛坯和模壓工藝等技術措施，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：中航工業空空導彈研究院十三分廠