纖維強(qiáng)化塑料銑、鉆、擴(kuò)孔加工性探究

金周鑫??

摘要：纖維強(qiáng)化塑料是一種新型的合成材料，具有較為優(yōu)秀的機(jī)械性能，但是在機(jī)械加工領(lǐng)域的研究并不深入，本文從纖維強(qiáng)化塑料本身入手，分析了銑、鉆、擴(kuò)孔加工過程中的注意事項(xiàng)，并探討了在高效率的快速加工中，如何保證加工精度和加工刀具質(zhì)量的方法。

關(guān)鍵詞：纖維強(qiáng)化塑料；機(jī)械性能；高速加工

纖維強(qiáng)化塑料是近年來研究的熱點(diǎn)材料，在眾多新型領(lǐng)域有著極為廣闊的應(yīng)用空間。

1 纖維強(qiáng)化塑料性能分析

目前各個(gè)部門都在探求新的高強(qiáng)度輕型材料，現(xiàn)在廣泛使用的鋁合金和鈦合金將逐步被纖維強(qiáng)化塑料所代替。近年來，纖維結(jié)合材料有了很大的發(fā)展，但是在切削加工方面的研究卻跟不上其發(fā)展速度，對其加工新能的研究是解決發(fā)展過程中瓶頸的重要內(nèi)容。

纖維強(qiáng)化塑料憑借其優(yōu)異的性能在化工、汽車、電力、航空等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。纖維強(qiáng)化塑料由不同的纖維和樹脂基體結(jié)合而成，常見的有碳素纖維強(qiáng)化塑料、硼素纖維強(qiáng)化塑料、玻璃纖維強(qiáng)化塑料和合成纖維強(qiáng)化塑料等。下表統(tǒng)計(jì)了常見金屬材料與纖維強(qiáng)化塑料機(jī)械性能的對比，分析得到，各類纖維強(qiáng)化塑料的機(jī)械性能與鈦合金、鋼材相比，優(yōu)勢在于強(qiáng)度/密度之比極高，不足之處是纖維強(qiáng)化塑料的機(jī)械成型性能較差，遠(yuǎn)低于鈦合金、鋼材等主流金屬材料。

纖維強(qiáng)化塑料機(jī)械性能統(tǒng)計(jì)表

2 纖維強(qiáng)化塑料加工特性分析

加工方式和加工工藝的選擇應(yīng)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面考慮，工件表面精度使用評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中對于刀具壽命的要求。部分單位使用的負(fù)前角刀在使用時(shí)間上有較大優(yōu)勢，但是其加工質(zhì)量不能保證。從另一個(gè)角度分析，纖維強(qiáng)化塑料的熱傳導(dǎo)性及耐熱性表現(xiàn)較差，在確定切削量的時(shí)候，英達(dá)難找纖維強(qiáng)化塑料的最大耐熱溫度確定切削溫度，同時(shí)密切注意加工部位的溫度變化，避免局部溫度升高導(dǎo)致表面破壞。

2.1 鉆孔加工

探討了市場上幾種鉆頭的應(yīng)用可能性，明確了鉆削芳香族聚酞胺纖維強(qiáng)化塑料時(shí)鉆頭的幾何參數(shù)和切削用量。前角可增大到25°，后角減小到12°，切削速度為100120m/min范圍內(nèi)，進(jìn)行刀具使用壽命的研究，如果采用硬質(zhì)合金鉆頭，在1300個(gè)孔后鉆頭仍能維持初始的加工精度。

2.2 擴(kuò)孔加工

鉚釘連接和螺紋連接是需要進(jìn)行擴(kuò)孔加工，采用美國GG公司專用擴(kuò)孔工具進(jìn)行加工時(shí)，當(dāng)切削速度控制在1.316.4m/min范圍內(nèi)通常獲得較好的加工效果，擴(kuò)孔精度得以保證。最佳刀具軸向前角控制在614°之間，進(jìn)給速度控制在30.320.43m/min之間。實(shí)踐表明，采用上述推薦的加工參數(shù)，刀具在加工1500件纖維強(qiáng)化塑料之后仍能保持較好的刀口鋒利度，僅有少數(shù)刀口出校圓角裝破損，刀具可以繼續(xù)使用。

2.3 銑削加工

纖維強(qiáng)化塑料最常遇到的是外形輪廓加工，但至今很少有關(guān)這方面的資料。Spur和StBferle等人提出的GFK銑削加工數(shù)據(jù)對于纖維強(qiáng)化塑料使用者和特種刀具制造廠來說，都有很大的參考價(jià)值。在加工SFK時(shí)只能采用銑刀制造廠所提供的數(shù)據(jù)；而在加工CFK過程中，采用金剛石刀具或者硬質(zhì)合金刀具能夠得到較好的加工效果。加工案例表明，在銑削加工中，刀具前角和后角的角度應(yīng)控制在15°左右，最大切削速度應(yīng)為9001100m/min范圍內(nèi)。采用上述加工參數(shù)操作時(shí)，最大的問題是容易發(fā)生排槽堵塞、刀具斷口等問題，為此建議刀口刃部中心應(yīng)和纖維強(qiáng)化塑料中心重合。

2.4 高速加工分析

高速加工實(shí)驗(yàn)表明，纖維強(qiáng)化塑料切削速度達(dá)到10000m/min情況下，材料不會產(chǎn)生明顯的溫度升高現(xiàn)象，刀刃處溫度控制在不會產(chǎn)生永久性損傷的范圍內(nèi)。同時(shí)，采用高速切削時(shí)刀具的切削力明顯下降，能夠獲得更為優(yōu)異的材料表明平整度和邊緣精度，隨著切削速度的提升，切削刀具的使用壽命也隨之提高。

3 纖維強(qiáng)化塑料的應(yīng)用方向及前景

通過上文的分析，可以看出纖維強(qiáng)化塑料具有極為優(yōu)異的機(jī)械性能，同時(shí)在加工操作中也較為便捷，由此分析纖維強(qiáng)化塑料在未來一段時(shí)期內(nèi)具有較大的市場應(yīng)用空間，本文主要結(jié)合現(xiàn)階段發(fā)展較快的機(jī)器人技術(shù)，分析纖維強(qiáng)化塑料在機(jī)器人制造中的應(yīng)用。機(jī)器人需要在特殊、嚴(yán)苛條件下工作，經(jīng)常處于高溫、高壓、腐蝕性氣體或者高強(qiáng)度工作環(huán)境中，纖維強(qiáng)化塑料具有的優(yōu)異機(jī)械性能能夠滿足特殊條件的要求。與此同時(shí)，機(jī)器人的外形依據(jù)工況要求需要進(jìn)行特殊加工，現(xiàn)階段常用的金屬材料要不是加工性能不滿足要求，就是加工成本高昂，這就為纖維強(qiáng)化塑料在機(jī)器人外殼材料中的應(yīng)用提供的空間。

4 結(jié)語

通過上文的分析，能夠看出纖維強(qiáng)化塑料具有極高的強(qiáng)度/密度之比，但是在機(jī)械加工性能方面略顯不足，為提升纖維強(qiáng)化塑料加工效率和加工效果，應(yīng)在銑、鉆、擴(kuò)孔等方面開展相應(yīng)研究，盡快提升其加工操作效率和精度，降低加工難度和損耗。

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