以常规方式加工复合材料

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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从来没有加工过热固性复合材料——一种密度大约为钢密度1/5的材料——的工厂可能不会认为其加工很难。位于美国威斯康辛州West Allis市的Amalga复合材料公司发现具有类似态度的许多机加工厂都对这种加工进行了尝试。但是，它们加工复合材料的第一次也成了其最后一次。Amalga复合材料公司的总裁兼首席运营官Jack DeLuca博士认为，各机加工厂对加工复合材料“一次而止”有两个共同原因。

有可能加工厂采用适合铝或钢合金的切削策略，这种方式显然无法高效加工具有磨蚀性的复合材料。另一个原因可能是操作员彻底拒绝与刀具在切进环氧树脂及纤维加强体组成的零件时所生成的粉尘及污秽打交道。

标准金属加工设备可以用于在磨蚀性复合材料上进行铣、车、磨等加工。
关键是要将工艺变量与材料相匹配。

Amalga复合材料公司专门生产纤维缠绕产品，诸如传动轴、辊子、压力容器及压力罐等。

它还通过压力铸模方式加工管道产品的端盖，以及航空、流体动力及其他工业用零件。其制造过程一半是专门缠绕或模铸粗复合材料零件；另一半是专门加工这些零件。

公司已经确定，几乎在金属零件上可以进行的任何加工操作也都可以在复合材料零件上进行。此外，它所进行的铣、车、钻、磨等加工过程都采用在设计时未必考虑了复合材料加工的传统金属加工机床及刀具进行。与加工任何类型的材料一样，关键是通过采用最适合复合材料的切削技术及刀具而使工艺与零件相匹配。在这方面，真的与平时从铝零件转换到钢零件而对加工方法进行适配没有什么两样。

在过去的10年时间里，Amalga复合材料公司中要求对其零件进行完全加工的客户数量在稳步增加；这些零件有些仅仅需要组装、喷漆或进行平衡处理。DeLuca博士以及公司负责工程的副总裁Gregg Piper为《Modern Machine Shop》提供了他们复合材料零件加工所需要的加工操作类型总结。他们还为我们指出了自己为加工这种磨蚀性材料而找到的一些有效方法。

材料差异

公司用于复合材料产品的纤维加强材料有两种，即玻璃和碳。玻璃比碳便宜，用在成本低、强度要求比较高的场合。选用碳主要看中的是它的韧性— 碳纤维零件可能与钢一样坚韧，但是重量却只有钢件的1/5。这两种纤维之间没有重大的可切削性差异。玻璃比碳更具磨蚀性，引起刀具磨损更快。而碳则比玻璃脆，产生更细的粉尘，更容易产生洁净度方面的问题。

公司的粗复合材料管道是在精密镀铬芯棒上生成的，其中以交叉截面层的方式镀上树脂涂层纤维加强材料（叫叠层过程）。依据具体应用而定，管道壁厚为1/8～3英寸。涂覆在芯棒上的松模剂可以帮助在固化后取下管道。粗管道的直径为1～42英寸，一般要定长切好，准备二次加工操作。

纤维缠绕产品与木材类似，因为它们都具有纹理、纹理方向以及与这些纹理方向相关的不同的强度。Amalga复合材料公司可以在细丝缠绕的零件中设计特定属性以简化二次加工过程，因为材料对加工过程会依据纤维加强材料、缠绕角度以及树脂配方不同而做出不同反应。

公司已经发现，平行于纤维的长度方向进行切割一般要比横穿纤维切割来得容易。这是因为，在切断时纤维一般发生断裂，在沿长度方向劈开要比与纤维成90度的方向劈开容易。这样切割产生劈碎的可能性要小一些。

正是纤维加强材料使得复合材料比未填充塑料诸如尼龙更稳定。同时，在加工非加强塑料时，还必须考虑反弹问题（因刀具压力而产生变形），但这个问题没有复合材料问题那么严重。

下面是公司在加工复合材料中采用的加工工艺及设备概述。

刀具系统—复合材料固有特性是腐蚀性，并易引起刀具快速磨损。视情况而定，高速钢（HSS）、硬质合金以及金刚石涂层刀具都是可行的复合材料加工刀具。不管刀具的材料或涂层如何，其几何形状都应该具有正前角。正切削刃易戳进材料。这种方法加工纤维的效率比用负或中性轮廓摩擦或刮过材料而进行加工的效率更高。

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