碳纤维复合材料的切削机理

2017-03-06 17:53:20

碳纤维复合材料由碳纤维和树脂组成,其中,碳纤维起到增强作用,而树脂基体则可以将载荷均匀分布,并通过界面把载荷传递给碳纤维。与均质连续的金属不同,碳纤维复合材料的切削过程更为复杂,这篇文章小编就来讲一下碳纤维复合材料不同方向角的切削机理。

(1)当θ=0°时,切屑是刀具在进给过程中不断地使纤维层与树脂层相互剥离而形成的,我们称这类切削变形为层间分离型。随着刀具的进给,被切削中的材料处于挤压状态,而树脂层的拉伸强度要远小于碳纤维层的压缩强度,当挤压状态大到一定程度时,切削部位最下层会发生剥离,切削层被掀起。刀具继续进给,此时切削层承受弯曲应力,弯曲应力不断增加并超过CFRP的强度极限时,纤维层折断,形成切屑。

(2)当0°<θ<90°时(以θ=45°和θ=90°为代表)。刀具在进给过程中的挤压作用在材料内部形成垂直于纤维的剪切应力,随着剪切应力的增大并且超过CFRP的强度极限时,纤维被剪断,然后的纤维在刀具的挤推下继续前进并产生滑移,在滑移过程中纤维界面间将产生剪切应力,当剪切应力不断增大并超过树脂层的剪切强度极限时,碳纤维层分离,产生切屑。此类切削变形称为纤维切断型。

(3)当90°<θ<180°时(以135°为代表)。刀具在进给过程中挤压纤维材料导致材料层间剥离,纤维材料在刀具前端处发生弯曲,当弯曲应力不断增大并且超过CFRP的抗弯强度极限时,材料底部断裂,断裂点在应力集中的最大弯曲应力处,断裂点一般处于刀刃的下方。刀具继续进给并挤压前端材料,当挤压产生的弯曲应力大于材料底部断裂点处的抗弯强度极限时,材料被切断,产生切屑,此类切削变形称为弯曲剪切型。


碳纤维复合材料如今在航天军工、汽车制造、机器人、医疗器械等领域都有应用,需求量不断上涨。