采用传统的切削方法加工纤维增强复合材料,还存在很多问题,普遍存在刀具磨损快、加工精度低、粉尘污染严重等问题。对以GFRP材料的加工特性进行了研究分析,主要表现在以下几方面:
(1)刀具磨损快,寿命低。玻璃纤维材料含硅、铝等元素,易形成二氧化硅和三氧化二铝等高硬度、难切削的物质,由于摩擦(钻头、孔壁和切屑三者之间相互摩擦)的存在,这些物质不断变碎,排屑比较困难,未排出的切屑在孔内变成研磨料,研磨刀具表面,致使刀具急剧磨损;切削加工时产生的切削热随刀具、切屑、空气传散出去的很少,致使切削区域温度升高,而且大多集中在刃口部位,在这样的条件下进行切削加工,刀具刃口更容易被磨钝。
(2)加工质量差,刀具的几何参数、刀具材料、切削工艺参数、操作方式、冷却方式等都会影响纤维增强复合材料的加工精度。除孔尺寸误差、圆度误差、位置误差等几何缺陷外,孔壁周围经常出现材料抽丝、毛边、分层、撕裂、裂纹等加工缺陷,尤其是在孔的进口和出口处,由于没有外层材料的约束,纤维增强复合材料的最外侧(顶面层和底面层)材料刚度弱,抵抗变形能力差,在切削力和切削热的共同作用下,很容易发生由于变形和退让形成的孔口撕裂及分层现象;孔径收缩也很严重,甚至会卡住、咬死钻头,使得刀具无法退出己加工孔,破坏了孔的加工表面,深孔钻削时尤为严重:这些特有缺陷是GFRI钻孔技术研究的重点。
(3)粉尘污染严重,玻璃纤维增强复合材料切削形成的粉尘是以一种不均匀、无规则运动状态而存在的,具有一定的附着能力,无论是在机床上、工件表面上、操作者身上,还是除尘装置中,都可以看见一层附着物,对皮肤有一定的刺激性,有刺痒的感觉。吸入大量粉尘还对呼吸系统造成损害,严重时可能会得矽肺,让人丧失劳动能力。因此,在复合材料进行加工过程中一定要采取有效的除尘防护措施,避免粉尘污染环境和操作间的空气。