性能分析與控制

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料織物結(jié)構(gòu)對(duì)分層的影響

在汽車工業(yè)中，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）的使用不僅能夠減輕汽車質(zhì)量，而且可在汽車裝飾件中使用。不同種類織物結(jié)構(gòu)的CFRP表面有不同的視覺效果，然而，在剪切工件的邊緣時(shí)，需要工件具有高水平的表面品質(zhì)。

針對(duì)CFRP工件的加工，首次研究了其織物結(jié)構(gòu)的纖維起伏與分層之間的相關(guān)性。為了分析纖維起伏的影響，使用多晶金剛石刀具通過多個(gè)槽銑加工工序?qū)FRP銑削成平紋組織結(jié)構(gòu)。通過在相對(duì)于纖維走向稍微傾斜的方向上進(jìn)行銑削來修正材料邊緣與織物纖維波形的相對(duì)位置。然后，測(cè)量由修正邊緣造成的表面損傷和纖維突出的情況。為了識(shí)別出材料表面樹脂層厚度和纖維起伏角，采用層壓體的斷層攝影技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。建立了纖維最大突出的理論模型。仿真模擬表明:①纖維起伏角和表面樹脂層厚度的不同組合會(huì)導(dǎo)致不同分層情況的發(fā)生；②刀具的幾何形狀對(duì)材料表面的分層影響不明顯。

通過研究修正材料邊緣位置對(duì)織物分層的影響，得出如下結(jié)論：①纖維定向角為90°；②與非卷曲織物不同，織物纖維的起伏導(dǎo)致材料表面樹脂層厚度的變化，最終導(dǎo)致不同類型（纖維突出和表面損傷）和數(shù)量的分層；③纖維突出的最大長(zhǎng)度總是小于刀具直徑的1/2，當(dāng)纖維突出達(dá)到最小值時(shí)，經(jīng)銑削的邊緣和下個(gè)交叉纖維之間的距離達(dá)到最大；④明顯的表面損傷只發(fā)生在中性和負(fù)起伏角度，在正起伏角度時(shí)，能夠增強(qiáng)支撐作用來防止材料表面樹脂層進(jìn)一步的裂紋擴(kuò)展；⑤通過使用不同直徑和螺旋角的刀具進(jìn)行銑削，驗(yàn)證了刀具幾何形狀對(duì)纖維起伏影響非常小。

刊名：Journal of Materials Processing Technology（英）

刊期：2015年第216期

作者：Wolfgang Hintze et al

編譯：孫堅(jiān)