[发明专利]一种铣削芳纶纤维复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铣削芳纶纤维复合材料的方法，特别是涉及厚度在15mm以下的芳纶纤维复合材料板材的加工，属于复合材料加工技术领域。

背景技术

芳纶纤维是一种高强度、中模量、低密度的纤维，具有较高的断裂延伸率，介电性能好。芳纶纤维复合材料纤维韧性好、抗拉强度高，但材料层间的剪切强度低，纤维与基体的粘接强度远低于纤维的抗拉伸强度，给芳纶纤维复合材料零件的加工带来了很大的困难，常规的加工工艺方法容易产生材料分层、翻边、抽丝、拉毛等加工缺陷。

在航天器产品中，芳纶纤维复合材料主要应用于一些需要隔热、绝缘、射频透过性好的场合，如天线支架面板。

在复合材料加工领域，芳纶纤维复合材料孔的铣削工艺方法一直困扰着工程技术人员。这是由于芳纶纤维柔韧性好，其复合材料在切削时纤维不易被切断，未切断的纤维和树脂堆积在断口处，易造成加工面粗糙、起毛，甚至分层、烧焦。为此，必须针对芳纶纤维复合材料特性，摸索一套专门的加工工艺方法，以解决该材料铣削加工难的问题。

从查阅的文献资料来看，目前芳纶纤维复合材料刀具材料多采用硬质合金或金刚砂涂层；机床转速通常较高：3000～6000r/min，有的甚至要求更高的转速：20,000～30,000r/min。

以上提到的芳纶纤维复合材料钻孔的工艺方法存在着一些不足之处：从加工效果来说，都不够理想，仍不能完全避免起毛、分层现象的出现；从刀具材料来说，多采用价格昂贵的整体硬质合金钻头或金刚石套料钻，刀具成本很高；从加工设备来说，一般要求高速数控设备或高转速的铣床，设备投入较大；从冷却方法来说，一般采用水、液氮或压缩空气冷却。

因此，就需要引入一种加工效果好、对刀具材料和设备要求不高、适于日常批量化生产的机械加工方法。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种铣削芳纶纤维复合材料的方法，该方法有效地避免了材料分层、翻边、抽丝、拉毛等加工缺陷。使用本发明的方法加工的芳纶纤维复合材料，零件外形、内腔光滑，尺寸精度高，且无需冷却；对加工设备无特殊要求。根据零件材料厚度和外形特征，选择铣削加工芳纶纤维复合材料零件的刀具、设计工艺装置、使用适宜的刀具切削参数，用普通机床即可在芳纶纤维复合材料上加工出高质量的零件。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种铣削芳纶纤维复合材料的方法，步骤为：

1）用夹具将待加工的芳纶纤维复合材料夹紧；

2）用刀具对步骤1）中的待加工的芳纶纤维复合材料进行铣削。

上述步骤1）中的夹具包括压模、上压板和下垫板；压模为金属材料，优选铝合金材料；上压板和下垫板采用与待加工的芳纶纤维复合材料切削性能相近的材料，优选玻璃钢；使用时，将待加工的芳纶纤维复合材料放在下垫板上面，上压板放在待加工的芳纶纤维复合材料的上面，压模放置在上压板的上面，最后用螺钉压板将压模、上压板、待加工的芳纶纤维复合材料和下垫板压紧，压紧力F=0.2-0.8MPa；

上述压模的外形与待加工的芳纶纤维复合材料的外形一致；压模的尺寸与待加工的芳纶纤维复合材料尺寸相差0.2-5mm；

上述步骤2）中的刀具的选择如下：当待加工的芳纶纤维复合材料的厚度H为：H≤4mm时，选用小螺旋角铣刀，切削速度Vc=70～120m/min，每齿进给量fz=0.007～0.3mm/z；当待加工的芳纶纤维复合材料的厚度H为：4mm＜H≤8mm，选用人字刃铣刀，切削速度Vc=60～100m/min，每齿进给量fz=0.009～0.04mm/z；当待加工的芳纶纤维复合材料的厚度H为：H＞8mm，选用菠萝刃铣刀，切削速度Vc=50～100m/min，每齿进给量fz=0.01～0.08mm/z。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）本发明针对芳纶纤维复合材料高韧性、高强度、与树脂基体结合力差等特点，发明的铣削工艺方法，所加工的零件表面质量高，杜绝了起毛、分层、烧焦等现象的出现。

（2）本发明采用的铣削工艺装置及合适压紧力，改善了芳纶纤维复合材料的加工性能。

（3）本发明使用小螺旋角铣刀、菠萝刃铣刀和人字刃铣刀取代了硬质合金或金刚砂涂层等现有刀具，刀具成本低。

（4）对芳纶纤维复合材料加工时，只需普通机床，设备成本低。

附图说明

图1为本发明使用工艺装置示意图；

图2为本发明实施例1零件及相应压模的外形图；

图3为本发明实施例2零件及相应压模的外形图；