碳纤维零部件工艺要点新解：铺层与制孔

采用碳纤维复合材料制作各类工业机械零部件时，一方面要充分考虑材料应用的具体要求，另一方面，要根据材料的性能特征选择合适的工艺方法，这样才能充分发挥出碳纤维复合材料的特殊优势。要实现以上两点，就需要产品应用的设计方与碳纤维零部件制作方有深入的交流与沟通。下文，无锡智上新材料就根据多年的实战经验，对铺层与制孔这两个工艺环节提出自己的看法，以供应用方借鉴参考。

碳纤维应用技术

碳纤维复合材料铺层与优化：

碳纤维复合材料的力学性能表现为各向异性，其力学性能与材料的铺层方式有着密切的关系。除了传统的铺层角度外，尺寸优化和层间组合优化等也成为碳纤维复合材料满足制品工艺要求和性能目标的重要途径。

为保证碳纤维复合材料满足特定的刚度要求，无锡智上新材建议在初始设计过程中，就可以通过自由尺寸优化来获取每种铺层角度的最佳铺层厚度。在自由尺寸优化过程中为复合材料建立与铺层角度相对应的几个超级层，该阶段每一铺层角度所在超级层厚度可连续变化。通过自由尺寸优化，能较好地确定每种铺层角度所需的铺层厚度，但由于层合板在制备过程中有一定的厚度要求，且铺层数量对之间的力学性能均有较大影响。通过尺寸优化设计将制品单层厚度与设计变量之间的关系进行耦合分析，以获得每种铺层角度在给定铺层厚度条件下的最佳铺层数量。

碳纤维应用技术

碳纤维复合材料的力学性能与纤维角度的排列顺序有着紧密的关系，在层组优化阶段，实际的目的是为了获得结构的最大刚度系数矩阵，从而使结构的刚度达到最大。在碳纤维零部件的制备过程中，铺层结构设计应避免固化过程中由弯曲、拉伸和扭转等耦合效应引起翘曲变形和树脂裂纹，为此在铺层设计过程中应尽量避免使用同一方向的铺层组，如果使用，应不多于4层。

碳纤维复合材料制孔与刀具：

在碳纤维复合材料零部件上进行制孔等操作，是为了满足与其它构件之间的装配要求，如铆接或者螺栓等。因为碳纤维复合材料具有各向异性，其切削加工机理与金属材料存在差异，在钻孔过程中，易发生一系列加工缺陷，如分层缺陷、出口毛刺、纤维撕裂和孔壁划痕等。又因碳纤维增强相本身具有极高的硬度，故磨蚀性强，加工过程中以碳纤维为主的硬质点对刀具切削刃刃口及后刀面极易产生机械划擦作用，导致切削刃刃口发生钝化，后刀面出现大量划痕，造成刀具快速、剧烈的磨损。

碳纤维应用技术

在刀具材料方面，硬质合金能较好地保持刃口锋利性，有效降低出口分层等缺陷，金刚石涂层具有良好的耐磨性且可以有效地防止刀具钝化和失效，实验表明，金刚石套料钻有利于减小分层缺陷，并进一步优化其钻孔的工艺参数。

碳纤维应用技术

鉴于碳纤维复合材料的各向异性和层间低黏附性，无锡智上新材在碳纤维复合材料零部件的制作过程中发现，不仅是钻头材料会对碳纤维复合材料的钻削性能有影响，钻头不同的几何结构也会对切屑形态、钻削轴向力、钻削温度等产生一定的作用。锯齿钻、烛心钻、阶梯钻等多种新型钻的出现，能获得更大的临界轴向力，减少分层发生几率。在碳纤维复合材料零部件的制作中选择合适的钻头结构，不仅可以减少刀具磨损、提高刀具寿命，还能有效提高制孔质量。

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