碳纖維高速鉆孔疑難問題及原因

   　鉆孔是碳纖維復(fù)合材料后加工工藝中的一個(gè)重要工序，但是碳纖維復(fù)合材料具有硬度大、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性差、各向異性、層間強(qiáng)度低等特性。因此非常難加工，一些小的碳纖維廠家的加工報(bào)廢率較高，無(wú)錫威盛碳纖維廠通過對(duì)碳纖維/環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行高速鉆削的實(shí)驗(yàn)研究及分析，得出：
 

（圖示：碳纖維板孔加工）
 

　　1、在整個(gè)高速鉆削過程中，鉆削力隨著時(shí)間呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。鉆頭開始鉆入后，軸向力和扭矩均由零逐斷增大，當(dāng)鉆頭主切削刃全部參加切削時(shí)，軸向力和扭矩達(dá)到最大值，在鉆頭未鉆出前一值保持這一穩(wěn)定狀態(tài)，鉆頭鉆出過程開始后，底層材料對(duì)鉆頭的支撐剛性減小，因而產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，軸向力和扭矩逐漸減小，直到鉆頭完全鉆出，其值均變成零。實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，這一規(guī)律在各種鉆削參教下都是一樣的。

 

　　2、鉆削碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料時(shí)，不宜采用高速鋼鉆頭，應(yīng)使用硬質(zhì)合金鉆頭。使用高速鋼鉆頭的軸向力遠(yuǎn)大于使用硬質(zhì)合金鉆頭，這是由于兩種鉆頭不同的幾何角度造成的。即使在相同的鉆削參數(shù)下，兩種刀具的磨損程度也有很大的區(qū)別。

 

　　3、在進(jìn)給量不變的條件下，鉆頭轉(zhuǎn)速越高，鉆削軸向力越小，這是因?yàn)檩^高的切削速度產(chǎn)生較多的切削熱，使工件材料的強(qiáng)度和硬度下降；在轉(zhuǎn)速不變的條件下，進(jìn)給量越大，軸向力越大，且影響更為顯著，這是由于隨著進(jìn)給量增加，切削層厚度增加，所以會(huì)使軸向力增加。

 

　　4、在轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量不變時(shí)，鉆頭已鉆過的孔數(shù)越多，則鉆削軸向力越大。且轉(zhuǎn)速越高，刀具磨損越快，從而使得軸向力增大得越快。

 

　　5、在轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量不變的條件下，鉆頭直徑越大，鉆削力越大，因?yàn)殡S著鉆頭直徑的增大，鉆頭切削刃切削面積增大，而切削面積是決定切削力大小最主要因素之一，切削面積增大會(huì)導(dǎo)致切削力增大，這與鉆削普通金屬材料軸向力變化規(guī)律是一致的。

 

　　6、在其他各參數(shù)條件不變時(shí)，碳/環(huán)氧復(fù)合材料厚度越大，鉆削軸向力越大。這是因?yàn)殂@孔是在相對(duì)封閉的空間中進(jìn)行，粉塵狀切削排出困難，而且難度隨著鉆孔深度的增加而增加，大量的切削堵塞在孔的深處，大大增加了與鉆頭之間的摩擦力，因此軸向力增大，刀具磨損加劇。