复合材料是由两种不同材料结合在一起,形成一种新材料,特性超过原本的两种基体材料。早在古埃及时代,人类便用泥巴和麦秆结合形成最早的“复合材料”,强度超过泥巴和麦秆本身。
现代常见复合材料根据基体材料不同分为塑料基复合材料(本文仅限讨论塑料基复合材料),金属基复合材料,陶瓷基复合材料等;塑料基复合材料又根据糅合入基体类的不同材料,分为碳纤维,玻璃纤维(俗称玻璃钢),芳纶等材料。更有多种不同材料叠加,如碳纤维+铝合金,碳纤维+蜂窝材料,玻璃纤维+钛合金等材料。
复合材料可以根据强度设计要求,设计不同的纤维编织方向,选择单方向提高材料强度,分为平织,斜纹织,缎纹织等各种纤维铺设方向方法。同时,塑料基复合材料,又可以根据基体分为热塑性复合材料和热固性复合材料;热塑性材料会在高温下融化为液体,并且在低于融化温度后变为固体。这个过程可以被不断重复,类似小的方冰块。热固性材料特性不同。足够的热量会产生化学反应,称为“交联”,材料会永远变形。热固即为,随热而固。交联后,热固材料不会融化。过高温度,热固材料会烧焦,物理特性会降低。
复合材料与金属相比,具有以下特点:
·减少重量;
·减少零部件数量,更高强度和刚性;
·更好耐冲击性,更好耐疲劳性,更好隔热和隔音性,更好防振和噪音衰减性,无电流腐蚀性;
·控制纤维方向,确定材料不同方向特性;
·生产复杂形状产品。
由于复合材料由两种或者多种材料糅合在一起,而且纤维的铺设方向,分层不同,所以对加工提出了更高的挑战,在加工过程中容易产生以下问题:刀具快速磨损,毛刺过大,材料分层,剩余纤维未切除,加工过热等问题。
复合材料加工与金属加工机理有着本质的不同,金属加工时被加工材料比切削刀具更软,切削过程中被加工材料沿着剪切面形成连续的塑形变形,从而形成连续的,锯齿状的断续的切屑变形。而复合材料加工,本身为一系列脆性破坏过程,切削刃的撞击使得坚硬的纤维粉碎,形成粉末状或者毛刷状的碎屑。
由于复合材料的高耐磨性,刀具通常采用金刚石涂层或者PCD(聚晶金刚石)刀具切削。同时,复合材料加工过程中,需要锋利的切削刃,将纤维切除。金刚石涂层可以显着提高刀具寿命,但是金刚石涂层在涂层前需要刃口处理,方便涂层附着,同时金刚石涂层本身有一定厚度,所以会造成金刚石涂层刀具较不锋利,通常刃口圆角约为20um。PCD刀具直接刃磨而成刃口,所以可以比较锋利,通常刃口圆角约为10um。