碳纤维复合材料的应用与机械加工.pdf

碳纤维复合材料的应用与加工 1 应用领域 目前，碳纤维广泛用于民用，军用，工业，航天以及超级跑车领域。 图 碳纤维复合材料不同领域所占比例 国外将碳纤维复合材料应用在战机机身、 主翼、垂尾翼、 平尾翼及蒙皮等部位，起到了 明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能。 由于碳纤维增强复合材料不但是轻质高强的结构材料， 还具有隐身的重要功能， 能有效 地吸收雷达波，美国已用来制造必威体育精装版型的隐形轰炸机。美国的 P-22 超音速飞机的主要结构 就是采用了中等模量的碳纤维增强的特种工程塑料。幻影 III 战斗机的减速降落伞盖和弹射 的弹射装置也由这种材料制成。 碳纤维已成功地用于飞机的肋条、 蒙皮及一些连接件、 紧固 件等雷达波的吸收件。战斧式巡航导弹壳体、 B-2 隐型轰炸机的机身基材， F117A 隐型飞机 的局部也都采用了碳纤维改性的高分子吸波材料。 图 美国 B-2 隐身轰炸机（机身基材） 图 幻影 III 战斗机 （减速降落伞盖和弹射装置） 图 美 F117A 隐身轰炸机（肋条及蒙皮等） 英国 ICI 公司用碳纤维复合材料生产战斗机上的阀门， 使飞机阀门在很宽的温度范围内 与燃料长期接触也能保持其性能和形状的稳定；其它国家的飞机 F/A-18 、 RAH-66 、A330 / A340 、B77 、Y-22 上面也都采用了这种材质来制造机翼、蒙皮、主承力结构、中央冀盒、 地板、尾冀、设备箱体及结构件。 在民用领域， 飞机 25%重量的部件由复合材料制造， 其中 22%为碳纤维增强材料 (CFRP) 。 这些部件包括：减速板、垂直和水平稳定器 (用作油箱 )、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流 板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后 压力舱、后机身、水平尾翼和副翼均采用 CFRP 制造。 2 加工特点 碳纤维复合材料一般以叠合制成多层板使用， 通常有两种复合形式， 一种是碳纤维在基 体中呈同向排列， 即每层的纤维方向相同， 通常称这种复合材料为单向纤维复合材料； 一种 专业文档供参考，如有帮助请下载。 是各层纤维方向呈不同角度，通常称为多向纤维复合材料。 图 碳纤维多向复合材料的一种铺层方式 碳纤维复合材料是一种难切削加工材料，它的脆性大、硬度高，加工时容易出现分层、 撕裂、 毛刺等问题。 碳纤维复合材料是由质软而粘性大的基体和强度高、 硬度大的纤维混合 而成的二相或多相结构， 其力学性能呈各向异性， 机械加工条件比较恶劣， 碳纤维复合材料 切削加工的主要特点如下： (1)材料产生分层破坏。分层是复合材料铺层之间脱胶而形成的一种破坏现象，当切削 参数不合理时会使层间受力过大而导致分层，分层会严重降低材料的性能甚至使零件报废， 即使是微小的分层也是非常严重的安全隐患。 (2) 刀具磨损严重，耐用度低。切削区温度高且集中于刀具切削刃附近很窄区域内，纤 维的回弹及粉术状的切屑又加重了擦伤刃口和后刀面， 加之碳纤维的硬度非常高， 故刀具磨 损严重，后刀面产生沟状磨损，耐用度低。 (3)产生残余应力。表面的尺寸精度和表面粗糙度不易达到要求，容易产生残余应力。 这主要是因为切削温度较高， 增强纤维和基体树脂的热