碳碳復(fù)合材料加工方法

復(fù)合材料成為近幾年一個(gè)比較熱門的話題，這其中有金屬基和非金屬基的復(fù)合材料。碳碳（CC）復(fù)合材料是在碳纖維基礎(chǔ)上進(jìn)行了石墨化增強(qiáng)處理的產(chǎn)品，具有質(zhì)量輕，強(qiáng)度和彈性高的特點(diǎn)，產(chǎn)品能夠耐受2000℃的高溫，具有優(yōu)良的性能。
金屬基復(fù)合材料，簡稱MMC，是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬增強(qiáng)相人工結(jié)合成的復(fù)合材料。金屬基復(fù)合材料中以鋁基碳化硅最為常見，這種材料目前已被廣泛應(yīng)用。據(jù)東莞市鈞杰陶瓷科技有限公司有關(guān)人士介紹，該公司2020年已接到超過100萬以上的該類材料精密加工訂單。我們預(yù)測鋁碳化硅未來幾年將有一個(gè)比較大的增長。

1、金屬基復(fù)合材料的分類
按基體材料分為：為鋁基，鎂基，鈦基，金屬間化合物基等復(fù)合材料；
按增強(qiáng)體類型分為：顆粒增強(qiáng)金屬基，層狀增強(qiáng)，纖維（長短及晶須）增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料；
按用途分為：結(jié)構(gòu)，功能，智能復(fù)合材料。
目前已鋁基、鎂基、鈦基復(fù)合材料發(fā)展較為成熟，已在航空航天，電子，汽車等工業(yè)中廣泛應(yīng)用。
2、金屬基/CC復(fù)合材料的切削加工難點(diǎn)
（1）毛刺。由于切斷效果不好，使得材料周圍有剩余纖維。主要表現(xiàn)在CC復(fù)合材料中；

（2）分層。沿著刀具切削力的方向，如果切削力過大，通常會造成表面的材料被撕裂，造成分層。主要表現(xiàn)在CC復(fù)合材料中；

（3）刀具磨損。刀具磨損是復(fù)材加工中比較常見的問題。加工復(fù)材的纖維強(qiáng)度，樹脂種類等都會引起刀具的磨損。此類情況主要表現(xiàn)在金屬基復(fù)合材料中。

碳碳（CC）復(fù)合材料相比其他材料的優(yōu)勢：

碳-碳（CC）復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域
（1）耐熱材料領(lǐng)域：優(yōu)良的耐熱性能及低重量，可作為金屬熱處理過程中的工具，如燒制墊板，料盒以及高溫爐內(nèi)耐溫材料，可以提高成品率及生產(chǎn)效率。
（2）摩擦材料領(lǐng)域：根據(jù)先進(jìn)的制造技術(shù)，制造出的優(yōu)良的耐磨產(chǎn)品，可用作夾具，剎車片，火車導(dǎo)電架的滑板等等。
（3）高機(jī)械性能領(lǐng)域：CC復(fù)合材料和C-CMC產(chǎn)品集質(zhì)量輕，耐熱好，熱膨脹小，高強(qiáng)度，高彈性等優(yōu)點(diǎn)于一身，可滿足產(chǎn)業(yè)界多重多樣的需要。
碳-碳（CC）復(fù)合材料加工用CDW302材質(zhì)PCD刀具的優(yōu)勢
（1）車削加工
車削加工是非常常見的基礎(chǔ)加工方法，通常適用于圓柱表面預(yù)定公差的實(shí)現(xiàn)。車削加工過程中，進(jìn)刀速度、吃刀深度和切削速度切削三要素和刀具性能都會影響復(fù)合材料零件成品的表面質(zhì)量。
CDW302材質(zhì)是以硬質(zhì)合金為基體，只有切削刃部位是金剛石材質(zhì)，焊接牢固，不會造成脫焊現(xiàn)象，而且耐磨性和抗震性好，切削性能穩(wěn)定，其中車削加工工序在碳碳復(fù)合材料坩堝零件中應(yīng)用較多。
（2）CNC銑削加工
銑削加工是碳碳等復(fù)合材料機(jī)械加工中應(yīng)用最多的一種方式，如尺寸較大、外形比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件、外壁較厚的復(fù)合材料零部件(尤其是噴氣發(fā)動機(jī)的外殼)需要進(jìn)行大量的側(cè)銑和面銑加工，孔加工通常也會涉及到銑削。
復(fù)合材料的銑削加工通常采用CDW302材質(zhì)PCD銑刀或者是涂層銑刀，對于尺寸較小的銑刀焊接PCD刃口很難，失敗率很高，這時(shí)就選擇金剛石涂層銑刀，CDW302材質(zhì)是2μm和25μm的混合粒度，具有優(yōu)良的耐磨性，刃口強(qiáng)度和刃口質(zhì)量，其良好的韌性和較高耐磨性，確保復(fù)合材料零件的加工質(zhì)量。
目前碳碳復(fù)合材料的經(jīng)典加工案例有：高鐵、飛機(jī)剎車盤等，據(jù)東莞鈞杰陶瓷的技術(shù)人員介紹，該司目前已小批量加工出高精密碳碳高鐵剎車盤。

CNC銑削加工時(shí)，一定要選擇專用的陶瓷CNC，因?yàn)檫@種專用機(jī)床的防護(hù)性能更優(yōu)異，及時(shí)長期加工也不會對機(jī)床造成磨損。目前陶瓷CNC專用機(jī)床的品牌有鑫騰輝數(shù)控、北京精雕等。

（3）鉆削加工
鉆削加工往往是復(fù)合材料零件的真正挑戰(zhàn)。在金屬零件上鉆孔時(shí)，只需去除工件材料并對孔進(jìn)行清理即可。但鉆削復(fù)合材料則不同，在多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料上鉆孔時(shí)，鉆頭可能會推擠各層材料，并在出口一側(cè)造成不可接受的分層剝離、開裂等缺陷。用標(biāo)準(zhǔn)的金屬切削鉆頭鉆削復(fù)合材料工件，會將復(fù)合材料工件的鉆出孔口撕裂。因此，鉆削碳碳復(fù)合材料通常需要使用量身定制的專用鉆頭。
目前鉆削碳碳復(fù)合材料的鉆頭有鑲嵌PCD材質(zhì)的鉆頭，和金剛石涂層鉆頭（右圖），其中PCD鉆頭常用材質(zhì)是CDW302材質(zhì)（左圖）。CDW302材質(zhì)鉆削復(fù)合材料工藝穩(wěn)定，產(chǎn)生較少的熱量；更佳的孔眼質(zhì)量、精度和表面粗糙度。
而且大多數(shù)熱固性復(fù)合材料層合板在鉆孔后會產(chǎn)生收縮，因此精加工是要考慮一定的余量，即鉆頭尺寸要略大于孔徑尺寸，鉆孔時(shí)最好用墊板墊好，以免邊緣分層和外層撕裂。另外鉆頭必須保持鋒利，必須采用快速除去鉆屑和使工件溫升最小的工藝