對(duì)于碳纖維復(fù)合材料的加工,由于水射流、激光束等非傳統(tǒng)方法還存在很多的局限性,所以傳統(tǒng)的鉆削工藝仍然是最好的制孔方法之一。而碳纖維復(fù)合材料異質(zhì)性和各向異性的特點(diǎn),加上鉆削本身是一個(gè)復(fù)雜工藝過程(剪切、滑移和擠出同時(shí)并存),容易引起鉆孔傷,例如分層、纖維剝離、層間微裂紋、縮孔、剝落、拉毛和熱損傷,而分層,是最嚴(yán)重的一種。
(圖示:碳纖維復(fù)合材料加工件)
分層在工件的入口側(cè)與出口側(cè)均有發(fā)生,會(huì)嚴(yán)重影響碳纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度,并破壞材料結(jié)構(gòu)完整性,使材料耐久度降低,最終導(dǎo)致它的長期服役惡化。
為了避免產(chǎn)生鉆削分層,實(shí)際施加的鉆削推力值不應(yīng)超過臨界推力值,這個(gè)臨界推力值可以通過不同的理論(平板彎曲理論、層壓板理論)和基于線彈性斷裂機(jī)制相關(guān)約束條件的數(shù)學(xué)模型(分布載荷模型、集中載荷模型)計(jì)算獲得。此外試驗(yàn)結(jié)果還表明,進(jìn)給率、鉆頭直徑等參數(shù)對(duì)分層的形成都有很大的影響。采用支撐工具或在鉆削出口側(cè)增加額外的材料層也可以減小分層損傷。
Tsao和Hocheng研究指出,一個(gè)已磨損的鉆頭會(huì)引起比較嚴(yán)重的分層,其原因就是由于刀具磨鈍而鉆削推力增大。刀具磨損取決于刀具幾何參數(shù)、切削條件、潤滑措施以及被加工材料。隨鉆削孔數(shù)的增加,鉆頭的切削刃逐漸變鈍。
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