山高刀具：明白了这些，复合材料加工不再是难题

碳纤维是一种长而细的绞合材料，直径介于 5 到 10 μm 之间，主要由碳原子组成。几千条碳纤维绞合在一起形成一股线，此线可单独使用或编织成织物。在碳纤维材料当中，CFRP 在当今许多行业中得到了最广泛的应用。

与传统金属相比，CFRP 重量更轻，进而提升了装配流程的效率和工效。该材料还可提供特定的刚性和硬度、抗冲击性、隔热和隔音性、更好的减振和降噪效果，并可消除任何由电化腐蚀造成的问题。此外，通过控制纤维结构，可以方便地形成此类材料，以满足最终用户对更复杂形状的特定需求。

与高科技铝合金相比，CFRP 具有出色的剪切强度和静态强度。CFRP 还拥有钛合金的抗疲劳性能，但可提供比钛和铝合金更高的挠曲强度。此外，金属-复合材料接点消除了化学和触点腐蚀的产生。对于 CFRP/铝层压材料，腐蚀是通过额外的薄玻璃层来防止的。

那么，影响复合材料的切削表现或“可加工性”的因素有哪些呢？

1.基本材料

聚丙烯腈 (PAN) 和石油基纤维（或沥青）是制造工业中最常用的材料。航空工业主要使用 PAN 纤维，因为这种纤维具有最高的抗拉强度，而沥青纤维刚性高且导热性较低。

2.纤维类型

石墨化工艺的变化产生了多种纤维类型，包括高强度纤维 (@ 2600 C)、高模量纤维 (@ 3000 C) 以及各种强度和模量介于两者之间的纤维。通常根据碳纤维属性所处的模量范围对碳纤维进行分类。

纤维和属性

3.纤维取向

纤维取向表示形成层板所需的层与层间的布置方式。最常见的是 0°- 90°、0°- 45°- 90 和 0°- 45°- 90°- 135°的叠层模式。加工时，45°和 135°层的切削难度最大。为了克服这一挑战，山高已开发了多种不同的槽型，以便成功加工这些类型的碳纤维增强塑料
(CFRP)。

4.结构

工件内的组织（层）可能具有特定的结构。基本上有编织结构 (0°-90°) 和单向结构 (UD) 之分。大多数产品都采用编织结构。

常见编织类型包括：
• 平纹：对称、稳定性好、最难以形成褶皱、具有低加工属性。
• 斜纹：与平纹相比浸透性出色、稳定性稍有降低。由于皱褶减少，组织表面更为平滑，加工属性稍有提高。
• 缎纹：缎纹平整、浸透性良好、易于形成褶皱、加工属性良好。缎纹可使组织紧密编织。
• 席纹：席纹与平纹基本相同，但区别在于席纹有两个或更多的经纤维与两个或更多的纬纤维交替编织。纤维布局不对称。席纹更为平整、坚固，但稳定性稍低。

5.纤维体积分数 (FVF)

纤维体积分数 (FVF) 是碳纤维与树脂的比率。通常，纤维的机械性能远高于树脂的机械性能。因此，FVF 越高，复合材料的机械性能就越高。一般情况下，层压材料的刚度和强度将随着纤维量的增加而提高。而从加工角度来看，FVF 越高，材料就越难加工，这意味着后刀面磨损增加，并导致刀具寿命快速缩短。

6.树脂

树脂也称为基质或聚合物，可根据热量对其属性的影响而分为两类：热塑性树脂和热固性树脂。
• 热塑性树脂，如金属一样，遇热软化并最终融化，遇冷则硬化。热塑性树脂通常采用玻璃等短切纤维进行加固。
• 热固性树脂通过树脂与催化剂或硬化剂结合产生的化学反应形成，然后经过不可逆化学反应形成坚硬的难熔产品。热固性树脂主要用于聚酯、乙烯基酯和环氧树脂等结构部件。

从加工角度来看，热固性树脂会产生粉尘，而热塑性树脂会产生微屑。在加工热固性树脂时，必须控制切削区的温度，以使材料的完整性不受影响。通常情况下，具有 Dura 镀层的硬质合金和 PCD 刀具会比铣刀产生更少的热量。然而，PCD 刀具可提供更长的刀具寿命和更好的表面粗糙度，但加工过程中的温度也会稍高。但在大多数情况下，这种温度仍然远低于会对热固性树脂造成损害的温度。

加工热塑性树脂时，树脂会变软。因此具有较大排屑槽的刀具比铣刀更受欢迎。由于产生的热量增加并且排屑空间减少，在热塑性树脂中使用铣刀会增加积屑风险。

7.固化方法

这些方法多种多样，包括向烘箱和高压釜进行喷雾铺贴，以及最先进的具有真空辅助或不具有真空辅助 (VARTM) 的树脂传递模塑系统 (RTM)。RTM 主要用于更复杂的飞机和汽车部件，而高压釜是机翼和尾翼的首选。

8.加工时间

CFRP 零件可在固化后期或完全固化状态下进行加工。固化后期的工件材料表示其树脂为部分固化且仍处于软化而非完全硬化的状态。这种状态使加工更为困难，而在此状态下，具有非常光滑的镀层和大排屑槽的锋利刀具能够更有效地防止积屑。

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（山高刀具 ）

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