五軸加工中心在加工碳纖維復(fù)合材料時(shí)，如何避免分層和毛邊問(wèn)題？

在五軸加工中心上加工碳纖維復(fù)合材料時(shí)，避免分層和毛邊問(wèn)題需要從刀具選擇、工藝參數(shù)、加工路徑、設(shè)備適配等多方面綜合優(yōu)化。以下是具體解決方案：

一、分層的預(yù)防措施

1. 刀具選型與刃口設(shè)計(jì)

刀具材質(zhì)：

優(yōu)先選用聚晶金剛石（PCD）刀具或金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具，確保刃口鋒利且耐磨（碳纖維對(duì)刀具磨損極快）。

避免使用未涂層高速鋼刀具（易鈍化導(dǎo)致撕裂）。

幾何參數(shù)：

前角：6°~10°（減少切削抗力）；

后角：10°~15°（降低后刀面摩擦）；

螺旋角：30°~45°（漸進(jìn)式切削，減少軸向力）。

特殊設(shè)計(jì)：

采用壓縮刃型銑刀，上下螺旋刃同時(shí)切削，平衡層間應(yīng)力。

2. 切削參數(shù)優(yōu)化

主軸轉(zhuǎn)速：高轉(zhuǎn)速（8000~24000 rpm）減少切削力，但需避免樹(shù)脂過(guò)熱（＞200℃）；

進(jìn)給速度：適中（0.05~0.2 mm/齒），過(guò)快易引發(fā)分層，過(guò)慢導(dǎo)致摩擦發(fā)熱；

切削深度：

軸向切深（ap）：≤1 mm（逐層剝離）；

徑向切深（ae）：≤刀具直徑的50%。

3. 加工路徑規(guī)劃

五軸聯(lián)動(dòng)優(yōu)勢(shì)：通過(guò)調(diào)整刀具傾角（如30°~60°），使切削力方向與纖維層疊方向一致，減少層間剪切力。

分層加工策略：

粗加工：啄銑分段切削，減少單次切削載荷；

精加工：順銑提升表面質(zhì)量。

邊緣加固：在輪廓加工前，先使用小直徑刀具預(yù)切隔離槽（Relief Slot），釋放應(yīng)力。

二、毛邊（Fraying/Burr）的控制方法

1. 刀具與工藝改進(jìn)

鋒利刃口：定期檢查刀具磨損（每加工20~30個(gè)孔后刃磨），磨損量＞0.1 mm立即更換。

切削方向：

沿纖維方向切削（0°或180°）減少毛邊，避免90°垂直切削。

冷卻方式：

干切：配合高壓氣槍（0.6~0.8 MPa）吹屑，避免樹(shù)脂粘刀；

微量潤(rùn)滑（MQL）：使用專用合成酯類潤(rùn)滑劑，減少粉塵吸附。

2. 特殊工藝應(yīng)用

超聲振動(dòng)輔助加工：

通過(guò)20~40 kHz高頻振動(dòng)（振幅5~10 μm）降低切削力，減少邊緣崩裂（尤其適合鉆孔）。

冷凍加工：

液氮冷卻（-196℃）使樹(shù)脂脆化，提升切削整齊度（但需防凍傷設(shè)備）。

3. 設(shè)備與工裝適配

機(jī)床剛性：五軸加工中心需具備高動(dòng)態(tài)響應(yīng)（加速度≥1g）和低振動(dòng)（振動(dòng)值＜0.5 m/s2）。

真空吸附夾具：定制仿形夾具，避免傳統(tǒng)機(jī)械夾緊導(dǎo)致的邊緣微裂紋。

粉塵管理：

集成HEPA過(guò)濾器+靜電除塵系統(tǒng)，防止導(dǎo)電性碳纖維粉塵引發(fā)短路。

通過(guò)綜合優(yōu)化上述因素，五軸加工中心可顯著提升碳纖維復(fù)材的加工質(zhì)量，滿足航空航天、汽車等領(lǐng)域的高標(biāo)準(zhǔn)需求。