1879年愛迪生曾用纖維素纖維，如竹、亞麻或棉紗為原料，首先制得碳纖維并獲得zhuanli，但當(dāng)時制得的纖維力學(xué)性能很低，工藝也不能工業(yè)化，未能獲得發(fā)展。

20世紀(jì)50年代初，由于火箭、航天及航空等尖端技術(shù)的發(fā)展，迫切需要比強(qiáng)度、比模量高和耐高溫的新型材料，另外，采用前驅(qū)纖維為原料經(jīng)熱處理的工藝可制得碳纖維連續(xù)長絲，這一工藝奠定了碳纖維工業(yè)化的基礎(chǔ)。


1.裁切

預(yù)浸料（Prepreg）從零下18度的冷庫中取出，經(jīng)過醒料，第一步在自動裁切機(jī)按下料圖進(jìn)行精準(zhǔn)裁切。


2.鋪貼

第二步在鋪貼工裝上進(jìn)行預(yù)浸料鋪貼，根據(jù)設(shè)計要求鋪貼不同層數(shù)，所有過程都在激光定位下進(jìn)行的。


3.成型

通過自動化搬運(yùn)機(jī)器人，將預(yù)成型料送至模壓機(jī)上進(jìn)行模壓成型（PCM），華特目前能做到5~10min成型，擁有800~1000t壓機(jī)，可成型各類大型工件。


4.切割

成型后工件送至切割機(jī)器人工作站，進(jìn)行第四步切割及去毛刺，確保工件尺寸精度，該過程亦可在CNC上操作。


5.清洗

第五步在清洗工位進(jìn)行干冰清洗，去除脫模劑，便于后道涂膠工藝。


6.涂膠

第六步在涂膠機(jī)器人工位打結(jié)構(gòu)膠，涂膠位，打膠速度和出膠量都經(jīng)過精準(zhǔn)調(diào)試。部分與金屬件連接件采用鉚接方式，在鉚接工位進(jìn)行。


7.裝配檢測

涂膠后完成內(nèi)外板裝配，待膠固化后進(jìn)行藍(lán)光檢測，確保關(guān)鍵孔位、點(diǎn)、線、面的尺寸精度。


碳纖維兼具碳材料強(qiáng)抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征，碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料。


碳纖維 CFRP 的強(qiáng)度要明顯高于玻璃纖維 GFRP。


就拿碳纖維和我們常見的鋼材來說，對比一下這兩張圖，碳纖維的強(qiáng)度在 400到800MPa左右，而普通鋼材的強(qiáng)度為 200 ~ 500 MPa。再來看韌性，碳纖維和鋼材基本類似，沒有明顯的區(qū)別。


碳纖維具有更高的強(qiáng)度，更輕的重量，所以說碳纖維可以稱為新材料之王。正因?yàn)檫@種優(yōu)點(diǎn)，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)在加工過程中，基體和纖維存在較為復(fù)雜的內(nèi)部相互作用，使其物理特性與金屬有較大區(qū)別，CFRP密度遠(yuǎn)小于金屬，而強(qiáng)度大于絕大部分金屬。因?yàn)?CFRP 的不均勻性，在加工過程中往往會出現(xiàn)纖維拉出或基質(zhì)纖維的脫離；CFRP 具有較高的耐熱性和耐磨性，使其在加工過程中對設(shè)備的要求較高，因此生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量切削熱對設(shè)備磨損較為嚴(yán)重。


同時，其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，要求也越來越細(xì)膩，對材料適用性做出要求，對CFRP 的質(zhì)量要求也越來越苛刻，也致使加工成本上浮。


碳纖維板的加工


碳纖維板在固化成型后，為了精度要求或裝配需要，還要進(jìn)行切削、鉆孔等后加工。在切削工藝參數(shù)、切割深度等相同條件下，選擇不同材料、尺寸、形狀的刀具和鉆頭，效果上有很大差異，與此同時，刀具和鉆頭的力度、方向、時間和溫度等因素也會影響到加工的結(jié)果。


后加工過程中，盡量選擇帶金剛石涂層的鋒利刀具和整體硬質(zhì)合金的鉆頭，刀具和鉆頭本身的耐磨性決定了加工的質(zhì)量和工具的使用壽命。如果刀具和鉆頭不夠鋒利或者使用不當(dāng)，不僅會加速磨損，提高產(chǎn)品的加工成本，更會造成板材損傷，影響板材的形狀、尺寸以及板材上孔、槽等加工部位尺寸的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時會造成材料出現(xiàn)層狀撕裂，甚至是塊狀崩落，導(dǎo)致整塊板材的報廢。


在對碳纖維板材進(jìn)行鉆孔時，轉(zhuǎn)速越快效果越好。鉆頭的選擇上，PCD8面刃鉆頭獨(dú)特的鉆尖設(shè)計較適合碳纖維板材，能更好地穿透碳纖維板材，降低分層的風(fēng)險性。


對較厚的碳纖維板材進(jìn)行切割時，建議采用左、右螺旋刃設(shè)計的雙刃壓迫式銑刀，這種鋒利的切削刃同時具有上切和下切的螺旋梢，切削時平衡刀具上下軸向力，確保將切削力合力指向材料的內(nèi)側(cè)，以獲得穩(wěn)定的切削條件，可抑制材料分層現(xiàn)象的產(chǎn)生。


“菠蘿刃”鏤銑刀的上切、下切菱型刃設(shè)計也能有效切斷碳纖維板材，其較深的排屑槽在切削加工過程中能夠通過切屑的排出帶走大量的切削熱，避免損傷碳纖維板材的性能。


文章來源： 機(jī)械自動化前沿

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