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碳纤维合成材料

纤维材料

碳纤维合成材料指的是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。

加工难点
碳纤维增强复合材料(CFRP)在加工过程中，基体和纤维存在较为复杂的内部相互作用，使其物理特性与金属有较大区别，CFRP密度远小于金属，而强度大于绝大部分金属。因为 CFRP 的不均匀性，在加工过程中往往会出现纤维拉出或基质纤维的脱离;CFRP 具有较高的耐热性和耐磨性，使其在加工过程中对设备的要求较高，因为生产过程中产生大量切削热对设备磨损较为严重。
同时，其应用领域的不断扩展，要求也越来越细腻，对材料适用性做出要求，对CFRP 的质量要求也越来越苛刻，也致使加工成本上浮。
纤维取向原理
纤维取向在 CFRP 工件和刀具接触面的相互作用中会产生重大影响，切屑形成和纤维取向密切相关。CFRP 工件和刀具接触面的断裂是由刀尖所施加的压力导致的。在多种纤维取向方面，共有3 种切削机理：
(1)纤维的断裂沿着纤维和基体接触面的方向，即纤维取向是0°。
(2)刀具剪切时方向垂直于纤维轴，纤维取向为75°。
(3)纤维取向为 90°甚至负角度，纤维方向角度 30°、60°、90°是最关键的方向，它们会导致大的切削力和集中磨损及工件破坏，通过增加刀具后角值可以有效地减小进给推力。
刀具磨损机理
CFRP 属于难加工材料，主要原因是其对刀具的磨损非常迅速。加工进程中对刀具的磨损机理为：工件在刀具上被加工时，二者表面接触大，在加工过程中，长期的磨损，震动，使刀具上的硬质颗粒偶有脱离，从而形成了所谓的刀具磨损。
磨损类型大致可分为刀具破坏和磨损，按照磨损的位置不同，磨损又可分为刀尖磨损、刀具侧面磨损、刀具边缘破坏和边缘磨损。
影响刀具磨损的因素有很多，主要包含：加工工艺参数、刀具几何形状和材料等。在 CFRP 切削过程中，工艺参数(如切削速度、进给速度、纤维取向等)会显著地影响刀具磨损。一般而言，切削速度增加会加剧侧面磨损。刀具几何形状和材料对加工表面、切屑形成、切削力和刀具磨损有着显著的影响。
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