復合材料是由兩種不同材料結合在一起,形成一種新材料,特性超過原本的兩種基體材料。早在古埃及時代,人類便用泥巴和麥稈結合形成最早的“復合材料”,強度超過泥巴和麥稈本身。
現代常見復合材料根據基體材料不同分為塑料基復合材料(本文僅限討論塑料基復合材料),金屬基復合材料,陶瓷基復合材料等;塑料基復合材料又根據糅合入基體類的不同材料,分為碳纖維,玻璃纖維(俗稱玻璃鋼),芳綸等材料。更有多種不同材料疊加,如碳纖維+鋁合金,碳纖維+蜂窩材料,玻璃纖維+鈦合金等材料。
復合材料可以根據強度設計要求,設計不同的纖維編織方向,選擇單方向提高材料強度,分為平織,斜紋織,緞紋織等各種纖維鋪設方向方法。同時,塑料基復合材料,又可以根據基體分為熱塑性復合材料和熱固性復合材料;熱塑性材料會在高溫下融化為液體,并且在低于融化溫度后變為固體。這個過程可以被不斷重復,類似小的方冰塊。熱固性材料特性不同。足夠的熱量會產生化學反應,稱為“交聯”,材料會永遠變形。熱固即為,隨熱而固。交聯后,熱固材料不會融化。過高溫度,熱固材料會燒焦,物理特性會降低。
復合材料與金屬相比,具有以下特點:
·減少重量;
·減少零部件數量,更高強度和剛性;
·更好耐沖擊性,更好耐疲勞性,更好隔熱和隔音性,更好防振和噪音衰減性,無電流腐蝕性;
·控制纖維方向,確定材料不同方向特性;
·生產復雜形狀產品。
由于復合材料由兩種或者多種材料糅合在一起,而且纖維的鋪設方向,分層不同,所以對加工提出了更高的挑戰,在加工過程中容易產生以下問題:刀具快速磨損,毛刺過大,材料分層,剩余纖維未切除,加工過熱等問題。
復合材料加工與金屬加工機理有著本質的不同,金屬加工時被加工材料比切削刀具更軟,切削過程中被加工材料沿著剪切面形成連續的塑形變形,從而形成連續的,鋸齒狀的斷續的切屑變形。而復合材料加工,本身為一系列脆性破壞過程,切削刃的撞擊使得堅硬的纖維粉碎,形成粉末狀或者毛刷狀的碎屑。
由于復合材料的高耐磨性,刀具通常采用金剛石涂層或者PCD(聚晶金剛石)刀具切削。同時,復合材料加工過程中,需要鋒利的切削刃,將纖維切除。金剛石涂層可以顯著提高刀具壽命,但是金剛石涂層在涂層前需要刃口處理,方便涂層附著,同時金剛石涂層本身有一定厚度,所以會造成金剛石涂層刀具較不鋒利,通常刃口圓角約為20um。PCD刀具直接刃磨而成刃口,所以可以比較鋒利,通常刃口圓角約為10um。