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文檔簡介

1、復合材料什么是復合材料?它有哪幾種?由兩種或兩種以上的不同物理、化學性能的物質(zhì)人工制成的多相組成的固體材料,稱 為復合材料。例如鋼筋混凝土,就是由鋼筋、砂石和水泥組成的復合材料。復合材料可以由金屬、高分子聚合物和陶瓷三種材料的任意兩種人工合成。也可以由 兩種或兩種以上多種金屬、高分子聚合物及陶瓷來制成。復合材料的性能要比基體組 成的材料好得多。例如玻璃的韌性和樹脂的強度都很低,可是二者的復合物玻璃 鋼卻具有較高的強度和韌性,而且重量也很輕。復合材料的種類很多,用途非常廣,因此發(fā)展也很快。它是多組成相物質(zhì),其組成分 為兩大類,即基體相和增強相,前者起粘結(jié)作用,后者起提高強度和剛度的作用。復合材料

2、分為結(jié)構(gòu)復合材料和功能復合材料兩大類。結(jié)構(gòu)復合材料的應用研究較多, 發(fā)展很快,主要有兩種:一是聚合物為基體,其中以樹月脂環(huán)氧樹脂、酚醛樹月脂)為基 體較多;二是以金屬或合金鋁、鋁合金、鈦合金、鐐基合金及陶瓷為基體。復合材料按其增強相分為顆粒增強復合材料、短纖維增強復合材料、連續(xù)纖維增強復 合材料和層疊結(jié)構(gòu)復合材料,如圖11-12所示。作為工程結(jié)構(gòu)材料應用最多的是纖維增強復合材料,有以下幾種:玻璃纖維增強復合 材料(GFRP)、碳纖維增強復合材料(CFRP)、芳綸纖維增強復合材料(KFRP)和硼纖維增 強復合材料。它們都屬于樹脂基纖維增強復合材料,也叫做纖維增強塑料FRP)。FRP采光板聚合物基

3、纖維復合材料(FRP)有哪些性能特點?具有高的比強度和比剛度:比強度就是材料的強度和材料的密度之比;比剛度就是 材料的彈性模量與材料的密度之比。表11-4是常用材料的比強度和比剛度??蛊谛阅芎茫喝缣祭w維增強復合材料的疲勞強度為抗拉強度的0% 80%,而一 般金屬材料僅為30%50%。減振性能好:許多減振器械都廣泛采用復合材料來制造。斷裂安全性好:纖維增強復合材料中的增強纖維,過載時有部分斷裂,但未斷裂的 纖維仍可承受負載,不至造成構(gòu)件瞬間斷裂,故工作安全性好。FRP采光板聚合物基纖維增強復合材料(FRP)有哪些切削特點?切削溫度高,刀具耐用度低:聚合物基纖維增強復合材料的抗拉強度高,切削功率

4、 大,粗糙的纖維斷面與刀具摩擦產(chǎn)生大量的切削熱。材料的導熱系數(shù)低,約為15號鋼 的1/16,因此切削區(qū)形成高溫,且集中在刀具切削刃很小的區(qū)域內(nèi)。纖維的彈性恢復 與粉末狀的切屑,使刀具磨損嚴重,耐用度低。加工精度和表面粗糙度不易控制:由于樹脂的基體和纖維熱膨脹系數(shù)及硬度和強度 差別很大,加上纖維的彈性恢復大等原因,切削加工時工件的尺寸精度和表面粗糙度 不易達到要求。易產(chǎn)生高溫變質(zhì)和軟化:切削纖維增強復合材料時,要限制切削速度,控制切削溫 度。否則溫度過高,將使基體的樹脂燒焦、軟化和有機纖維變質(zhì)。(4)使用切削液要慎重:因為復合材料吸入切削液,影響材料的使用性能,所以要根據(jù) 要求慎重使用。纖維增強

5、復合材料的纖維角對切削有何影響?切削速度方向與纖維的配置方向的夾角,稱為纖維匍,如圖11-13所示。它的大小影 響切削過程、工件表面質(zhì)量和刀具壽命。當e 90。時,如圖11-13(a)所示為順切,此時纖維是被拉伸破壞切離工件的。被切斷 的纖維斷面由于彈性恢復與刀具后面接觸面積大,摩擦嚴重,刀具磨損較快,磨損值 約為逆切的10倍,但是表面粗糙度小。當e 90。時,如圖11-13(b)所示為逆切。纖維是被刀具刃口剪切、彎曲的聯(lián)合作用切 斷的。纖維的剪切強度、抗彎強度比抗拉強度低得多,被剪切纖維的繼面與刀具后面 接觸面積較小,使纖維與刀具后刀面的摩擦減小和刀具磨損緩慢,但已加工表面粗糙 度增大.當e

6、 60時,為下方破壞型。此時的纖維在切削層下方破壞,是剪切和彎曲的結(jié)果。 當e =45時,表面粗糙度值和變質(zhì)層最大。當60e 90時,為中間型。纖維的前端受到壓應力破壞,表面粗糙度較小。怎樣對聚合物基纖維增強復合材料FRP)進行切削加工?FRP這類復合材料,根據(jù)它的性能和切削特點,屬于難切削材料。切削它時應從以下 幾方面進行合理選擇:(1)選擇刀具材料:要選擇耐磨和導熱系數(shù)高的刀具材料。高速鋼刀具,最好選用氮化 鈦涂層的高速鋼。硬質(zhì)合金一般選用導熱系數(shù)高的6類硬質(zhì)合金或涂層硬質(zhì)合金。為 了幾十倍到幾百倍地提高刀具耐用度,可選用人造聚晶金剛石復合片刀具和人造金剛 石厚膜釬焊刀具。選擇刀具幾何參數(shù)

7、:切削FRP復合材料,對刀具前角的要求不像切削塑性金屬那樣 嚴格,但要求刀具刃口具有一定強度,散熱條件要好,刀刃鋒利,后角要大一些。一 般情況下,丫。=-5 10,aO=1012,刀尖圓弧盡可能大一些,以改善散熱條件。 鉆孔時,盡可能選用硬質(zhì)合金鉆頭,并修磨鉆心處螺旋溝槽表面,以增大該處前角, 縮短橫刃長度為原來長度的1/2 - 1/4 ,以減小軸向力,并降低鉆尖高度,在副后面 3 5mm向后磨副后角3。 5,以減小與孔壁的摩擦。選擇切削用量:用高速鋼刀具切削FRP復合材料的切削速度為1015m/min;硬 質(zhì)合金刀具的切削速度為40 80m/min ;人造聚晶金剛石復合片刀具的切削速度為 8

8、0120m/min進給量為0.20.5mm/r,在切入和切出時,為了防止分層、崩邊, 這時的進給量應小一些或用刀在兩端倒45角及選用主偏角小于60的刀具。(4)FRP的切斷:在一般的情況下,采用薄金剛石鋸片進行切割。也可采用超高壓水, 壓力為400MPa,由口徑小于gmm的噴嘴噴出,以23倍音速的超高速沖擊被加工 表面,進行切割加工。切削時應注意的問題:為了避免銑削時工件切離處掉渣,應采用順銑,并在即將銑 完時采用手動進給。為了防止撕裂和分層,在切出時采用塑料或金屬板支承,予以防 護。怎樣對金屬基纖維增強復合材料:FRM)進行切削加工?金屬基復合材料可分為顆粒增強復合材料、長纖維增強復合材料和

9、短纖維或晶須)增 強復合材料。這類材料中長纖維增強復合材料的切削加工有與FRP相似的特點。短纖 維或晶須增強復合材料,切削加工時有著獨特的特點,如在加工表面上出現(xiàn)許多與增 強纖維直徑相對應的孔溝、纖維破斷面露出、纖維從基體拔出或被壓入加工表面。切削FRM復合材料,用YG類(K類)硬質(zhì)合金。刀具磨損的形式以后刀面磨損為主,副 后刀面稍有邊界磨損,當?shù)毒卟牧嫌捕群芨邥r,呈單純的磨料磨損。刀具磨損與纖維 含有率有關(guān),纖維含有率越高,刀具磨損越大。在銑削時,為防止切離時工件掉渣,采用順銑為好。在鉆孔時,鉆頭一定要鋒利,并 要減小鉆頭的橫刃。在鉆出時要減小進給量,以免軸向力大將鉆出的孔在出口處崩邊。磨削

10、鋁復合材料,因砂輪堵塞嚴重造成磨削困難,宜采用碳化硅砂輪,并要勤修整, 保持砂輪鋒利。也可采用CBN砂輪和金剛石砂輪。磨削時一定要供給切削液,以防止 砂輪堵塞和磨削溫度過高而使加工表面產(chǎn)生變質(zhì)。PCD刀具用PCD刀具切削塑料或復合材料時有哪些顯著效果?PCD刀片的硬度、耐磨性、導熱性和摩擦系數(shù)等性能優(yōu)于硬質(zhì)合金,在它所切削的范 圍內(nèi),其刀具耐用度高于硬質(zhì)合金幾十倍至幾百倍,在切削塑料或復合材料時也是如 此。切削玻璃鋼時,原用YG6X硬質(zhì)合金切削,vC=30m/min,切削時間為6 min,刀具 因磨損嚴重而不能切削。改用國產(chǎn)PCD刀具后,v C=109m/min,切削時間為169min, 刀具

11、的后刀面只磨損了 0.2mm。車削填充SiO2的聚四氟乙烯時,用PCD刀具切削路程為70000m,后刀面只磨損 了 0.17mm ,加工精度為IT5,表面粗糙度Ra為0.8-0.4/pm。而用813硬質(zhì)合金, 只車削了 360m,后刀面嚴重磨損,影響車削質(zhì)量。PCD刀具的耐用度為硬質(zhì)合金刀 具耐用度的194倍。車削酚醛纖維制的軸承座時,用硬質(zhì)合金車刀只能車肖11000件,而且質(zhì)量得不到 保證。用PCD車刀則能加工12000件,工件精度完全達到要求。加工玻璃纖維增強塑料時,用PCD刀具,vC=600m/min, f=0.3mm/r的條件下,這 時的刀具耐用度是硬質(zhì)合金刀具的150倍。車削SiO2填充環(huán)氧樹脂的零件端面時,在/C=150200m/min ap=0.5mm、 f=0.3mm/r的條件下,用硬質(zhì)合金車刀只能加工210個,而用PCD刀具,則能加工 3000 個。用PCD刀具切削碳纖維增強復合材料時,切屑呈粉狀,切削溫度較低,切削路程為 硬質(zhì)合金刀具的10倍,可是刀片磨損卻不到硬質(zhì)合金的1/3本文摘自:復材中國(http:/www.FuheX.co

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