碳纤维材料加工对刀具的选择

碳纤维材料加工对刀具的选择碳/碳复合材料强度高、比热容大、耐热震、质量轻，且材料摩擦系数稳定，耐磨性优良。由碳/碳复合材料特殊的组织结构和特殊的物理力学性能给材料的切削加工带来了一系列的在金属加工中从来未遇到的问题。(1)材料呈层状、块状崩落、撕脱，严重时将使加工件报废，影响产品的成材率和加工质量。(2)刀具磨损快，钝刀具加工，更容易造成坯料损伤；精加工时，刀具尺寸和形状的变化，严重影响产品的形状、尺寸精度;对定径尺寸刀具而言，刀具磨损引起孔、抽尺寸不德定;(3)刀具使用寿命短，耐用度低，大大提高了产品的加工成本。为了提高产品的成品率，提高产品的形状、尺寸精度，保证产品质量稳定，降低产品的加工成本，很有必要对碳/碳复合材料的切削加工做一介绍。通过对同一种刀具材料，同种几何角度的刀具、尺寸、形状、材质相同的工件，在固定切削加工工艺参数的切削深度和进给量的情况下，改变切削速度，考察切削速度对加工过程的影响。经过反复试验，认为在下列条件下可取得切削加工表面质量优良的工件:切削速度:30mm/min109mm/min切削深度:1mm进给量:0.38mm/r低速切削时(30mm/min).切断口有大量的碳纤维拔梢现象，表面上的沉积碳被磨损，有的被碰碎，成为磨屑或碎末，留下高强度、高模量的碳纤维还未切断。高速切削(109mm/min)时，上述现象减少，碳纤维表面沉积碳与增强碳纤维一起被切断。加工表面质量良好。建议采用109mm/min的切削速度为好。通过对5种不同刀具材料(YG81/YG82/YW1/YT15/YT30和W18Cr4V刀具)制成几何相同的90°偏刀，主偏角90°,副偏角10°，前角0°—2°，后角10°—12°。对碳/碳复合材料切削速度为106.54m/min，切削深度为1mm，进给量为0.38mm/r，其结果见下表所示。刀具材料切削时间/min刀具磨损量/μm切削时间/min刀具磨损量/μm刀具材料线胀系数/K-1YG81#7.23140.548.63163.010.18YG82#4.1785.484.98107.260.18YW14.17158.434.98198.12YT154.17221.354.98309.080.09YT304.17148.314.98604.580.05W18Cr4V4.17400.864.98605.53从上表看来，切削碳/碳复合材料时，YG8系列显示了较长的刀具寿命。切削9.15min之后测量后刀面的磨损,YG82#磨损量为YT30的磨损量的17.17%；为YT15的34.7%,为YW1的51.14%；切削4.17min后，W18Cr4V刀具后刀面的磨损量达到TYG82#的4.69倍;YW1刀具的后刀面磨损达到了YG8系列的1.85倍。YT15刀具的后刀面磨损为YG82#的2.59倍。YG81#刀具在切削时间为其他材料1.73倍的情况下，其后刀面的磨损量仍比其他材料的后刀具磨损量均低。这证明，在这种条件下切削碳/碳复合材料，YG8系列刀具材料比较合适，建议选用YG8系列刀具切削碳/碳复合材料。