一种碳纤维复合材料磨削加工方法与流程

本发明属于碳纤维复合材料机械加工技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料板的磨削加工方法。

背景技术：

碳纤维复合材料具有重量轻、强度高、刚度好及抗疲劳等优点，被广泛应用于航空航天、国防军工及交通运输等工业领域。碳纤维复合材料是由碳纤维和树脂组成，两者间存在复杂的相互作用关系，使材料存在各向异性、叠加性、高硬度及脆性大等特点，加工比一般材料难度大。

目前，碳纤维复合材料零件大多数是通过直接成型制造完成，但为更好的提升产品性能，通常还需对其进行铣削、磨削、钻削等后续加工。钻削只能加工孔，铣削、磨削通常针对平面加工。其中铣削加工零件表面粗糙度在3.2微米内，刀具振动厉害、磨损情况严重，需频繁换刀；传统的磨削加工方式多为卧式平面磨，磨削温度高，易造成磨削表面烧伤，表面应力大，且效率低。此外，关于碳纤维复合材料板的精密磨削加工工艺，国内外鲜见相关报道。

因此，就如何高效率的磨削加工出高表面质量的碳纤维复合材料板零件是当前机械加工技术领域亟待解决的工程问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种碳纤维复合材料板磨削加工方法，包括以下步骤：

该加工方法采用立式数控机床，通过应用杯型金刚石砂轮，对碳纤维复合材料方形平板表面进行立式端面粗磨和精磨加工；

步骤一：将已准备好的碳纤维复合材料板毛坯装夹固定于机床工作台；

步骤二：通过冷却管向工件待加工表面全面喷射冷却液，冲刷掉表面杂质，同时提前冷却工件；

步骤三：采用杯型金刚石砂轮对碳纤维复合材料板进行立式端面粗磨；

步骤四：粗磨完成后，通过调整磨削参数，继续进行精磨；

步骤五：精磨结束后，清洗吹干，并用接触式表面粗糙度仪对其表面进行检测。

粗磨时，主轴转速为3000～5500rpm，进给速度为150～300mm/min，砂轮进给量为0.1～0.3mm。

精磨时，主轴转速为5500～7500rpm，进给速度为50～200mm/min，砂轮进给量为0.01～0.05mm。

所述的装夹工装可为普通虎口夹具或真空吸盘。

所述的杯型金刚石砂轮由刀柄、刀体和磨头三部分组合而成，其中刀柄和刀体由普通不锈钢材料制造成，端面磨头由金刚石材料制造成，金刚石粒度为120#～240#，且该磨头底端面外边缘有一30°～45°的倒角。

所述的立式端面粗磨和精磨加工时，杯型金刚石砂轮中心轴与被磨削工件表面垂直，砂轮磨头底端面与被磨削工件表面接触，砂轮高速旋转的同时沿水平方向移动，以磨掉表面余量。

所述的粗磨和精磨走刀方式为双向往返的形式。

本发明的有益效果在于：

采用本发明所提供的碳纤维复合材料板磨削加工方法，通过应用由不锈钢和金刚石组合而成的杯型金刚石砂轮，对碳纤维复合材料工件进行双向往返立式端面高速磨削，磨削过程中同时喷射冷却液，该磨削加工方式，可有效避免刀具磨损，零件表面烧伤、表面应力过大、分层撕裂及毛刺等问题，加工工艺简单，操作方便，加工效率高，加工质量稳定可靠。

附图说明

图1为碳纤维复合材料板磨削加工示意图；

图2为碳纤维复合材料板磨削加工后表面粗糙度检测结果图。

图中：1碳纤维复合材料板，2杯型金刚石砂轮，3工装夹具，4工作台，5冷却管，n主轴转速，ae进给量，v砂轮进给速度及方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述：

本发明提供一种碳纤维复合材料板磨削加工方法，包括以下步骤：

步骤一：将已准备好的碳纤维复合材料方板毛坯1，通过普通虎口夹具3装夹固定于机床工作台4上；

步骤二：通过冷却管5向工件1待加工表面全面喷射冷却液，冲刷掉表面杂质，同时可起到提前冷却工件1的效果；

步骤三：将粒度为240#、底端面倒角为45°的杯型金刚石砂轮2安装固定于r5030立式数控机床主轴上，使砂轮中心轴线与碳纤维复合材料板1表面垂直，主轴带动砂轮旋转，同时向下进给，使金刚石砂轮端面切削刃接触工件，再沿v方向移动磨削，同时喷射冷却液，通过双向走刀的方式，完成对碳纤维复合材料板1的粗磨。其中磨削时主轴转速n为5000rpm，砂轮向下进给量ae为0.2mm，进给速度v为250mm/min；

步骤四：粗磨完成后，调整磨削参数，其中主轴转速n设置为6000rpm，砂轮向下进给量ae设置为0.02mm，进给速度v设置为150mm/min，再按粗磨的加工走刀方式继续进行精磨；

步骤五：精磨结束后，松开虎口夹具3，取出碳纤维复合材料板1，用去离子水对其磨削后的表面进行清洗，然后吹干，最后采用接触式表面粗糙度仪对其表面进行检测，表面粗糙度检测结果为ra0.526μm，结果见附图2。

本发明的技术方案，通过研制杯型金刚石砂轮，采用立式端面磨削与双向往返走刀的加工方式，解决碳纤维复合材料板传统加工方法存在的磨削烧伤、刀具磨损、表面应力过大、零件分层撕裂及毛刺等问题，磨削加工表面粗糙度在0.6微米以下，优于普通加工精度，加工效率高。

技术特征：

技术总结
本发明属于碳纤维复合材料机械加工技术领域，一种碳纤维复合材料磨削加工方法，采用立式数控机床，通过应用杯型金刚石砂轮，对碳纤维复合材料方形平板表面进行立式端面粗磨和精磨加工，包括工件装夹、清洗冷却待加工面、粗磨工件表面、精磨工件表面、清洗冷却吹干并检测已加工面。本发明加工工艺简单，装夹快速稳定，操作方便，刀具磨损小，加工效率高，加工零件表面光洁度好、应力小、无损伤、无分层撕裂等加工缺陷。

技术研发人员：张振宇;廖龙兴;孟凡宁;刘冬冬
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2019.05.14
技术公布日：2019.09.03