一种碳纤维增强镁基复合材料的加工方法与流程

本发明涉及超声加工领域，尤其涉及一种碳纤维增强镁基复合材料的加工方法。

背景技术：

碳纤维增强镁基复合材料(cf/mg)由于其尺寸稳定性好、轻质高强、抗振抗磁等诸多优异性能，在航空航天、船舶、汽车等领域有着广泛的应用前景；但是，此类材料具有各向异性、层间强度低等特点，属于典型的难加工材料，在切削过程中易产生基体开裂、分层、纤维拔出等加工缺陷，直接影响到碳纤维增强镁基复合材料结构件的使役性能，严重限制了高性能材料在先进装备领域的推广应用。

目前，针对金属基复合材料的低损伤加工机理及工艺的研究大多缺少对复合材料切削表面三维粗糙度值进行评价，较难对加工过程中的切削力、加工损伤等实现有效控制；尤其是针对目前研究较少的碳纤维增强镁基复合材料，其基体和增强相结合界面的损伤形成及扩展机制较为复杂，并直接影响到结构件加工精度和力学性能。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种碳纤维增强镁基复合材料的加工方法；所述的加工方法可以有效避免碳纤维增强镁基复合材料在加工过程中出现基体开裂、分层、纤维拔出等问题。

具体而言，本发明所述的加工方法包括超声切削所述碳纤维增强镁基复合材料的步骤；

其中，所述超声切削的振动频率为18～22khz，刀具的振幅为5～7μm，主轴转速不超过6000r/min，每齿进给量为0.01～0.02mm。

本发明经过大量的试验研究发现，在特定的工艺参数下超声切削碳纤维增强镁基复合材料可有效避免复合材料的损伤。

为了最大限度的降低碳纤维增强镁基复合材料在切削工程中的损伤，本发明对加工方法进一步优化(将所有优化参数组合起来即得本发明的较佳技术方案)，具体如下：

作为优选，所述超声切削为干式切削。

作为优选，所述超声切削的振动频率为19～21khz；

作为本发明的较佳技术方案，所述超声切削的振动频率为20khz。

作为优选，所述刀具的振幅为5.5～6.5μm。

作为本发明的较佳技术方案，所述刀具的振幅为6μm。

作为优选，所述主轴转速为4000～6000r/min。

作为优选，所述每齿进给量为0.015mm。

作为本发明的较佳技术方案，所述加工方法包括超声切削所述碳纤维增强镁基复合材料的步骤；

其中，所述超声切削的振动频率为20khz，刀具的振幅为6μm，主轴转速为6000r/min，每齿进给量为0.015mm。

本发明的有益效果：

本发明所述的加工方法可有效避免碳纤维增强镁基复合材料的损伤；最大限度的减少了其在切削过程中以产生基体开裂、分层、纤维拔出等缺陷。

附图说明

图1为实施例1碳纤维增强镁基复合材料切削区的表面sem图。

图2为实施例1碳纤维增强镁基复合材料的二维切削形貌图。

图3为对比例1碳纤维增强镁基复合材料的铣削区域的微观三维形貌图。

图4为对比例1碳纤维增强镁基复合材料的切削区的表面sem图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例提供一种碳纤维增强镁基复合材料的加工方法，包括如下步骤：

(1)选用cf/mg复合材料圆盘层压板，试件尺寸为直径140mm，厚7mm；使用专用圆盘型夹具实现试件与测力仪的定位与夹紧；

(2)采用干式切削，超声发生器频率(即超声切削的振动频率)为20khz，刀具的振幅为6μm，机床主轴转速为6000r/min，刀具每齿进给量为0.015mm；

(3)进行超声辅助铣削试验，采用显微镜和扫描电镜观测铣削表面微观三维形貌。

超声切削后的碳纤维增强镁基复合材料的表面电镜图如图1所示；采用dino-lite数码显微镜观测二维切削形貌(如图2所示)；采用白光干涉仪测量碳纤维增强镁基复合材料切削区域的平均表面三维粗糙度sa值为0.82μm。

对比例1

本对比例提供一种碳纤维增强镁基复合材料的加工方法，与实施例1的区别仅在于：超声发生器频率为17khz，刀具振幅为4μm，每齿进给量为0.025mm。

经过三维轮廓仪与扫描电镜检测，铣削区域的微观形貌如图3所示，扫面电镜形貌图如图4所示，铣削表面sa值为0.99。

由结果可知，根据显微镜下微观形貌与扫描电镜形貌图，结合sa值对比，实施例1的加工方法明显优于对比例1。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：

1.一种碳纤维增强镁基复合材料的加工方法，其特征在于，包括超声切削所述碳纤维增强镁基复合材料的步骤；

其中，所述超声切削的振动频率为18～22khz，刀具的振幅为5～7μm，主轴转速不超过6000r/min，每齿进给量为0.01～0.02mm。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述超声切削为干式切削。

3.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述超声切削的振动频率为19～21khz。

4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述超声切削的振动频率为20khz。

5.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述刀具的振幅为5.5～6.5μm。

6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述刀具的振幅为6μm。

7.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述主轴转速为4000～6000r/min。

8.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述每齿进给量为0.015mm。

9.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，包括超声切削所述碳纤维增强镁基复合材料的步骤；

其中，所述超声切削的振动频率为20khz，刀具的振幅为6μm，主轴转速为6000r/min，每齿进给量为0.015mm。

技术总结
本发明涉及超声加工领域，尤其涉及一种碳纤维增强镁基复合材料的加工方法；所述的加工方法包括超声切削所述碳纤维增强镁基复合材料的步骤；其中，所述超声切削的振动频率为18～22KHz，刀具的振幅为5～7μm，主轴转速不超过6000r/min，每齿进给量为0.01～0.02mm。本发明所述的加工方法可有效避免碳纤维增强镁基复合材料的损伤；最大限度的减少了其在切削过程中以产生基体开裂、分层、纤维拔出等缺陷。

技术研发人员：袁松梅;蒋振邦;宋肖珺;李燕
受保护的技术使用者：北京航空航天大学;北京航天新风机械设备有限责任公司
技术研发日：2020.03.16
技术公布日：2020.07.14