特殊材料加工工艺.ppt

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五、 切削实例说明 (1)增强纤维的纤维角影响加工表面质量、切削力和刀具磨损 (2)刀具的磨损形态 切削CFRP时,不论用哪种刀具材料(表13—8中的k10、P20、M10、TiC、TiN、TaN、CW、CB),在不同切削速度范围内,均可观察到有边界磨损; 当磨损量较小时呈带状,磨损量较大时呈三角状。 在TiN和Tic等金属陶瓷刀具后面上还可观察到一种特殊的磨损沟(图13—10),沟的间距与纤维层间隔有关。 (3)切削速度对刀具磨损率的影响 切削GFRP时,切削速度达到临界值后,磨损值急剧增大,即刀具磨损率大。切削CFRP时,切削速度对刀具磨损率几乎无影响 (Tic、TiN、TaN基硬质合金除外 ) (4)刀具材料性能对刀具磨损率的影响 刀具材料的抗压强度越高、热胀系数越小,刀具磨损率越小 ; 刀具材料的导热系数影响不同。切削GFRP时,刀具材料的导热系数对磨损率几乎无影响,切削CFRP影响甚大,试验点很分散,原因在于强度高. (5)切削FRP的切削力 切削力总的来说比切削金属小得多,且各向分力大小也有不同。 切削CFRP时,主切削力Fc远小于背向力FP; 切削GFRP时,Fc>FP; 切削速度相同时,切削CFRP的FP约为GFRP的5—6倍,Fc仅是切削GFRP的1倍左右。原因在于CFRP的抗拉强度大。 (6)不同刀具材料的切削性能不同 在试验的三种硬质合金(K10、P20、M10)、两种陶瓷(cw和CB)、三种金属陶瓷(Tic、TiN、TaN)材料中,除金属陶瓷外,在切削CFRP时均显示出了较小磨损率; 陶瓷刀具显示了与切削GFRP时不同的切削性能。 切削CFRP时,K10切削性能最佳,陶瓷居中,金属陶瓷最差; 切削GFRP时,金属陶瓷居中,陶瓷最差。这是因为各种刀具材料具有不同的性能。 如果用烧结金刚石,则能提高加工表面质量和生产率, 刀具磨损较缓 谢 谢! 特殊材料加工技术 陶瓷和复合材料难加工的原因: 1)高硬度;2)高强度;3)高塑性和高韧性; 4)低塑性和高脆性;5)低导热性;6)有微观的硬质点或硬夹杂物;7)化学性能过于活泼。 我们对航天领域中难加工特殊材料陶瓷和复合材料的加工技术进行了追踪。 ★陶瓷材料的切削加工性 一、与切削加工相关的陶瓷材料的特性 1.具有高硬度 在各类工程结构材料中,陶瓷材料的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼 2.具有高刚性 3.具有高的抗压强度和低的抗拉强度 4.塑件极差 陶瓷材料常温下几乎无塑性。 5.韧性极低 6.陶瓷的热特性 陶瓷的线胀系数比金属低得多 导热系数(Sic、AlN除外)也比金属小 二、陶瓷切削加工的特点 陶瓷制品尺寸精度低,不能直接作为机械零件使用,必须经过机械加工才行。 陶瓷尺寸收缩率约为10%以上,而金属仅为0.2%以下 传统的加工方法是用金刚石砂轮磨削,还有研磨和抛光。 磨削效率低,加工成本高。 烧结金刚石、易切陶瓷、高刚度机床开发,使切削加工成为可能。 1、只可能使用金刚石或立方氮化硼刀具 CBN切削陶瓷试验结果尚不理想 ; 金刚石的耐磨性约为A12O3陶瓷的10倍,切削陶瓷时金刚石的热磨损很小 ; 金刚石在空气中切削高温下氧化引起碳化而磨损 。 天然单晶金刚石切削刀锋利,硬度高, 但遇冲击和振动易破损 2.陶瓷材料的去除机理是刀具刃口附近的被切材料产生脆性破坏,而金属则是产生剪切滑移变形。 3.从机械加工角度看,断裂韧度低的陶瓷材料应该容易被切削加工。 不烧结陶瓷和预烧结陶瓷材料内部存在大量龟裂。比完全烧结陶瓷材料容易切削。 烧结温度和压力越高、材料越致密、硬度越高,切削加工性越差,刀具而用度越低 4.从剪切滑移变形的角度看,某些陶瓷材料只有在高温区会软化呈塑性,切削时刀具刀口附近的陶瓷材料产生剪切滑移变形才有可能。 5.陶瓷材料切削时的脆性龟裂会残留在加工表面上。 ★复合材料的切削加工性 复合材料是指由两种以上在物理和化学性质不同的物质,人工制成的一种多相固体材料。 金属与金属、非金属与非金属、金属与非金属均可复合。 几种不同材料复合之后,既保持了各自的优点,又获得了更优越的综合力学性能和物理性能。 一、复合材料的特点 (1)比强度及比模量高于其他材料。其中以纤维复合材料比强度和比模量最高。 (2)具有良好的抗疲劳性能。如多数金属疲劳极限是拉伸强度的40%~50%,而碳纤维增强复合材料可高达70%~80%。 (3)复合材料吸振能力强。这是由于复合材料自振频率高,不易产生共振,同时纤维与基体之间有界面存在,对振动有反射和吸收作用。 (4)复合材料高温性能好。 具有良好的减磨、耐磨、自润滑性能、隔音性、化学稳定性及电、光、磁等特殊性能。 二、复

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