碳纤维复合材料加工方法

作者&投稿:进所 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
~         随着各行业对材料轻量化和卓越性能的追求,碳纤维及其复合材料的应用越来越广泛,目前还没有大批量应用的原因主要是成本和生产效率的问题。而成本主要是材料成本和批量化成型加工成本,如何高速、高效大批量生产高质量、低成本的碳纤维复合材料,减少材料浪费,已经成为业内的共识。

1.车削加工

        车削是在碳纤维增强复合材料(CFRP )加工中应用最多的方法也是最基础的方法,通常适用于圆柱表面预定公差的实现。适合车削可以应用的刀具主要材料为:硬质合金或陶瓷以及聚晶金刚石。加工工艺中进刀速率,所切深度,和切削的速度都会影响工件成品表面质量和道具损坏程度,这也是进行技术优化的目标方向。

2.铣削加工

        铣削通常是对成品工件再加工的一种加工方式,要求的加工精度较高,对复杂工件粗加工后的修缮性的铣削过程。在加工过程中,同样端铣刀和CFRP 之间要进行复杂的相互作用,造成 CFRP 工件存在没切断的纤维纱线以及分层现象。为减少和避免类似缺陷产生,只要在加工前期,科学预测切削力和轴分层和未切断的纤维纱线毛边的现象时有发生的大小,控制加工工艺参数设置,将有效减少了毛刺毛边的产生。

        主要的工艺参数,如纤维取向、轴向和切向进给速度、切削速度等,都会对工件表面粗糙度产生显著影响。铣削加工的技术要求:反复实验纤维取向,轴向和切向进给速度,形成最佳参数,进行铣削加工。

3.钻孔加工

        工件要求螺栓或铆接装配时需钻孔操作,在CFRP 钻孔过程中仍然存在一定问题:材料的离层现象,刀具的严重损耗以及孔内壁的质量问题。经实验分析,设置的切削参数、钻头的几何形态以及切削的质量对上诉产生的问题均产生明显影响。通常把损伤区最大直径和孔径比率称为损伤因子,也是表示分层现象的程度,分层因子越大,表示分层问题越为严重。

        通过实验可以推理,切削过程中推力和分层现象产生也有相互关系,推削力的大小也可表示分层程度。基于相同的钻孔材料,不同于其他加工方式,钻孔加工中切削速率不会给切削力产生很大影响。

        在同一切削参数下,与麻花钻头相比,参数对复合型特殊钻头分层影响较低。对于特殊几何特征的钻头,较大的进给速度和钻头直径可以减少分层,并且不同直径比钻孔切削力会随着直径比的减小而增大,随着进给速度的增大而增大。

4.磨削加工

        通常在船舶制造,航天工业领域,对 CFRP 的工件质量要求更为苛刻。工件精度和质量都要求在较高加工方式下进行,而磨削加工的施工工艺恰恰符合其制造要求。磨削加工件精度要求十分严格,需对已经粗加工的工件进行细磨加工。磨削加工

         CFRP 要比金属困难和复杂得多,国内外学者也进行了相关研究,设计了一种杯形砂轮,在其内部提供冷却液对CFRP 进行磨削加工,比较了干式磨削、外部冷却液磨削和内部冷却液磨削3种加工方式,结果显示 :内部冷却液磨削方式加工过程中,附着于砂轮上的基体树脂明显减少,砂轮中的磨粒能更有效地磨削纤维且在材料表面不会产生层离或毛刺现象。这种砂轮内部提供冷却液的方法展示出了更强的冷却效果,能显著降低磨削温度,同时有利于切屑的排出。

5.超声振动加工技术

        超声振动加工机理是建立在传统加工过程中刀具和工件相对运动的基础上的,然后在对两者施加一定的超声振动,从而生产出性能更优越的复合型材料。该技术属于对传统技术的优化和辅助,较传统加工方式,技术更加先进,成品工件表面质量更加细腻,同时也降低裂纹产生的现象,节省了加工成本。有效减低了CFRP增强复合材料的加工难度,超声波的应用,彻底改善了材料去除机理,降低工具和工件相互的摩擦力,减少了工具加工时间,增强了刀具作用力,提高了加工效率,减少了刀具磨损,使工件加工的精度和质量更先进。主要有超声振动钻孔加工、超声振动磨削加工、超声振动铣削加工,超声振动切削加工。

(1)超声振动钻孔加工

        超声振动钻孔加工是一种非传统的加工方法,在高效钻削加工复合材料方面具有很大发展潜能,其主要优点包括:减小切削力和力矩;提高加工表面质量,减少毛刺;避免分层现象发生等。

        有学者研究以金刚石磨粒旋转超声振动钻孔加工 CFRP,旋转超声钻孔加工如图 3 所示。对 CFRP的机理分析表明:CFRP 的材料去除机理更适用于脆性断裂而不是塑性变形,建立切削力模型用于预测加工参数和加工环境对切削力影响的关系,并通过试验验证了该力学模型的准确性。

(2)超声振动磨削加工

超声振动磨削加工结合了金刚石磨削加工材料去除机理和具有超声加工特点的复合式磨削加工技术。其优点主要有:可产生切削力减小和切屑减薄的效果;改善工件表面精度和形状精度;提高材料去除率,延长工具的寿命;提高脆性与延性域发生转变的临界切削深度,实现脆性材料的延性域加工。

参考资料:

[1] 中塑在线 http://info.21cp.com/industry/News/201708/1315750.htm

碳纤维复合材料加工方法包括以下几种主要技术:

手工层压法:将碳纤维布手工铺放在模具内,并逐层涂覆树脂,然后施加压力,使其固化成形。这种方法简单易行,适用于小批量生产和特殊形状的产品。

预浸料成型:在工厂中,将碳纤维布与树脂预浸料预先浸渍,形成预浸料片,然后将预浸料片放入模具中,经过加热和压力处理,使树脂固化,最终形成复合材料产品。这种方法生产效率高,适用于大批量生产。

自动纤维层压机:利用自动化设备,将碳纤维布按照预定的层次和方向铺放在一起,然后经过热压工艺,使其固化成型。这种方法生产效率高,且产品质量稳定,适用于中等到大规模生产。

激光切割:利用激光技术对碳纤维复合材料进行切割和加工,可以实现高精度、无接触的加工过程,常用于裁剪和轮廓加工。

数控加工:利用数控加工设备(如数控铣床、数控车床等)对碳纤维复合材料进行精密加工,可实现复杂形状的加工和表面处理。

选择适合的加工方法取决于产品设计、成本考虑、生产效率等因素。

梅曼激光Diamond系列固体激光器是一种专门针对金刚石、碳化硅、碳纤维等碳材料和超硬材料的切割、钻孔、刻蚀等精密加工需求而设计的激光器。这种激光器解决了传统光纤激光器和固体激光器由于能量较小而在超硬材料上难以实现3mm以上刻蚀深度的问题

碳纤维复合材料加工特性表现为?
答:4、粉尘污染严重 加工碳纤维增强复合材料过程中,如若使用水性切削液,会对材料本身产生不利的影响,因此,碳纤维增强复合材料的加工多采用千式切削。黑色粉末状的切屑粉尘,以一种不均匀,无规则的运动状态飘散到周围的空间中。碳纤维粉尘刺激人体皮肤和呼吸道,不利于操作人员的健康,而导电的切屑易使机床...

汽车碳纤维是什么材料?
答:碳纤维的优点如下:1、轻量化:目前很火的电动汽车,由于受限于电池技术续航里程短成为制约其发展的瓶颈,就只能从车身结构和材料替换上解决。碳纤维复合材料重量比钢轻1\/2,比铝轻1\/3,最直接的影响是续航里程长,更加的节能;2、舒适性:碳纤维的柔软拉伸性能,对整车的噪音振动控制有很好的提升...

碳纤维为什么这么贵呢?
答:碳纤维增强复合材料常用于制造飞机和航天器部件、赛车车身、高尔夫球杆轴、自行车架、钓鱼杆、汽车弹簧、帆船桅杆等许多需要轻质和高强度的部件。平时我们看到的碳纤维部件,实际上就是已经加工成型的碳纤维复合材料部件。总之,碳纤维之所以价格昂贵,是因为其原材料来源昂贵、加工工艺复杂以及研发门槛高。

碳纤维复合材料是什么 碳纤维复合材料用途
答:二、碳纤维复合材料结构 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳...

碳纤维复合材料的应用有哪些
答:普通碳-石墨制品的脆性,是碳素材料的最大弱点。多年来人们为提高碳素制品的可挠性和机械强度,进行了广 泛深入的研究。从20世纪60年代初期开始发展起来的碳纤维及其复合材料,由于具有很高的比强度、比刚度等优异 特性,在工程应用上越来越受到重视。碳纤维系采用天然纤维或人造纤维在一定条件下经加工和...

碳纤维复合材料是什么 碳纤维复合材料用途
答:二、碳纤维复合材料结构 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳...

碳纤维复合材料是用什么提炼出来的
答:用聚醚砜作为基体树脂与碳纤维制成的复合材料在 200℃具有较高的强度和硬度,在-100℃尚能保持良好的耐冲击性;... 是由石油提炼出的乙烯制成的

鱼竿表面的花带是什么?
答:这是鱼竿加工过程中缠带工序留下的痕迹,有的鱼竿会把这个痕迹磨掉,有的则会保留。一般带有螺纹的鱼竿都是碳纤维竿,碳纤维竿又称为碳竿,是采用高科技碳纤维复合材料预浸布制造而成的碳纤维钓鱼竿。碳纤维具有强度高,耐高温,耐腐蚀,耐磨擦等特点,而且导电性能好。由于太细无法像玻璃纤维那样可以...

为什么聚乙烯纤维是合成材料而碳纤维是复合材料 碳纤维不是碳和纤维...
答:聚乙烯纤维材料制备比较简单;是将聚乙烯热熔化成液体,然后用专用的压力喷丝装置制成。而碳纤维制备工艺比较复杂。先用丙烯腈制成纤维;工艺与聚乙烯纤维制备相同;然后在真空炉里加热脱氢,转变成为碳纤维。上述两种纤维都可以用来制备复合材料。例如,聚乙烯纤维复合橡胶管;碳纤维复合聚碳酸酯塑料板材;碳...

碳纤维复合材料的特点是什么
答:摘要:碳纤维复合材料是碳纤维材料与其他基体材质复合加工制成的材料,它可以与多种材质复合,常用的碳纤维复合材料有碳纤维增强环氧树脂复合材料、碳纤维金属复合材料、碳纤维陶瓷复合材料、碳纤维陶瓷复合材料、碳纤维混凝土复合材料等。碳纤维复合材料具有可设计性强、依赖性、复合效应、同一性等特点,应用...