復合材料切削的案例
幾篇復合材料切削仿真方面的文章
復合材料切削仿真
[emuch.net]纖維增強復合材料的細觀力學模型以及數值模擬進展.pdf
SiCp／Al復合材料鉆削加工的有限元和試驗研究.pdf
基于ANSYS_LS_DYNA鉆削過程的數值仿真.pdf
碳纖維復合材料高速鉆削力的研究.pdf
硬質合金鉆頭鉆削碳纖維增強復合材料工藝.pdf
ABAQUS案例-復合材料層合板鉆孔切削及收斂性檢查 ￥3
復合材料結構正逐漸在航空、航天、汽車、船舶上應用開來，而復合材料當與其他結構進行連接時，就需要對復合材料結構進行切削或鉆孔。為了模擬復合材料的鉆孔或切削過程，本實例（附件中inp文件）介紹了在ABAQUS中如何模擬復合材料層合板的鉆孔切削過程。同時由于鉆孔行為較為復雜，本實例在前處理過程中設置了若干參數或技巧來避免計算的發散。
汽車輕量化的關鍵：復合材料切削加工方案
目前，對于環境問題的重視以及節能減排的迫切需求，各國在汽車以及軌道交通領域對于復合材料的應用加大了研發的投入，各大企業也在復合材料應用方面不斷推動技術創新，以拓展復合材料應用范圍，提高自身競爭力。復合材料的種類繁多，特性也各異，那么在汽車行業中，都使用哪些復合材料？材料有哪些特點？怎樣選擇合適的刀具？成功的刀具方案可提高復合材料機械加工的質量和效率，節省成本并提高產品競爭性。
復合材料加工中出現的問題
復合材料與金屬材料在機械加工中有著很大的區別，復合材料在加工的過程中容易產生毛刺、分層、刀具磨損、樹脂燒熔等問題，我們通常會通過選擇合適的刀具材質、刀具刃型、加工工藝和合理的加工參數來避免。
（1）毛刺（見圖1）。由于切斷效果不好，使得材料周圍有剩余纖維。針對這樣的問題，需要提高刀具的鋒利性。
圖1
（2）分層（見圖2）。沿著刀具切削力的方向，如果切削力過大，通常會造成表面的材料被撕裂，造成分層。 對于這種問題，需要通過對刀具刃型設計和切削參數的調整來避免。
圖2
（3）刀具磨損（見圖3）。刀具磨損是復材加工中比較常見的問題。加工復材的纖維強度， 樹脂種類等都會引起刀具的磨損，需要根據材料和加工工況合理選擇刀具。
圖3
（4）樹脂燒熔。部分復合材料使用的樹脂耐高溫程度較低，在快速切削的過程中產生的切削熱容易引起樹脂燒熔。
復合材料種類
汽車行業使用復合材料主要有以下幾種：
1.金屬基復合材料
金屬基復合材料除了具有高比強度、高比模量和低熱膨脹系數等特點，它還有耐高溫、防燃、橫向強度和剛度高、不吸潮、高導熱和高導電以及抗輻射性能好的特點。在汽車行業，采用顆粒增強和短纖維增強的鋁基和鎂基復合材料，主要用在汽車制動盤、制動鼓、保持架、驅動軸和發動機零件上。
展開 纖維增強復合材料切削參考資料
CFRP纖維方向對切削過程影響規律的仿真研究.pdf
ABAQUS案例-材料切削分析及切削過程中的熱力耦合分析 ￥3
本案例（附件中inp文件）介紹了ABAQUS中的材料切削分析。由于材料在切削過程中不僅會受到切削作用力，還會因切削過程中產生的熱量而受到熱作用力，因而涉及到熱力耦合分析。本案例介紹了如何在ABAQUS中實現切削金屬材料所帶來的熱量或溫度變化，以及實現在切削作用下的熱力耦合分析。
【材料知識】不同的金屬材料，切削起來有什么不同？
在金屬切削加工中，會有不同的工件材料，不同的材料其切削形成與去除特性各不相同，我們怎么來掌握不同材料的特性呢？ISO標準金屬材料分為6種不同的類型組，每種類型在可加工性方面都具有獨特的特性，本文將分別對它們進行總結。
金屬材料分為6大類：
1）P-鋼
2）M-不銹鋼
3）K-鑄鐵
4）N-有色金屬
5）S-耐熱合金
6）H-淬硬鋼
不同材料的切削特性
01-P鋼
什么是鋼？
- 鋼是金屬切削領域中最大的材料組。
- 鋼可以是非淬硬鋼或調質鋼 (硬度達400HB)。
- 鋼是一種以鐵 (Fe) 元素為主要成分的合金。它通過熔煉過程制造而成。
- 非合金鋼的碳含量低于0.8%，只有Fe而沒有其他合金元素。
- 合金鋼的碳含量低于1.7%，加入了合金元素，如Ni、Cr、Mo、V、W等。
在金屬切削范圍內，P組是最大的材料組，因為它涵蓋了幾個不同的工業領域。
材料通常為長切屑材料，能夠形成連續、相對均勻的切屑。具體的切屑形式通常取決于碳含量。
– 含碳量低 = 堅韌的粘性材料。
– 含碳量高 = 脆性材料。
加工特性：
- 長切屑材料。
- 切屑控制相對容易、平穩。
展開 總結影響沖壓材料可切削性的幾種因素
沖壓件廠對金屬材料進行切削的難易程度稱為切削性，如果材料易于進行切削就稱其切削性好，反之則稱其切削性差。通?？梢杂?em>切削過程中的切削力、切削熱、刀具磨損與刀具耐用度、沖壓件表面質量和切屑控制等現象來衡量。下面簡單介紹下影響沖壓材料切削性能的因素有哪些：
1.沖壓材料的化學成分很重要。鋼的合金成分越高，就越難加工。當碳含量增加時，金屬切削性能就下降。
2.沖壓材料的結構對金屬切削性能也非常重要。不同的結構包括：鑄造的、鑄造的、擠壓的、軋制的和已切削加工過的。鍛件和鑄件有非常難于加工的表面。
3.沖壓材料的硬度是影響金屬切削性能的一個重要因素。一般規律是鋼越硬，就越難加工。高速鋼（HSS）可用于加工硬度最高為330-400HB的材料；高速鋼鈦化氮（TiN）涂層，可加工硬度最高為45HRC的材料；而對于硬度為65-70HRC的材料，則必須使用硬質合金、陶瓷、金屬陶瓷和立方氮化硼（CBN）。
4.非金屬參雜一般對刀具壽命有不良影響。例如Al2O3（氧化鋁），它是純陶瓷，有很強的磨蝕性。
5..最后一個是殘余應力，它能引起金屬切削性能題目。一般推薦在粗加工后進行應力開釋工序。
展開 不同的材料其切削形成與去除特性各不相同
在金屬切削加工中，會有不同的工件材料，不同的材料其切削形成與去除特性各不相同，我們怎么來掌握不同材料的特性呢？ISO標準金屬材料分為6種不同的類型組，每種類型在可加工性方面都具有獨特的特性，本文將分別對它們進行總結。
金屬材料分為6大類：
（1）P-鋼
（2）M-不銹鋼
（3）K-鑄鐵
（4）N-有色金屬
（5）S-耐熱合金
（6）H-淬硬鋼
不同材料的切削特性
01-P鋼
什么是鋼？
- 鋼是金屬切削領域中最大的材料組。
- 鋼可以是非淬硬鋼或調質鋼 (硬度達400HB)。
- 鋼是一種以鐵 (Fe) 元素為主要成分的合金。它通過熔煉過程制造而成。
- 非合金鋼的碳含量低于0.8%，只有Fe而沒有其他合金元素。
- 合金鋼的碳含量低于1.7%，加入了合金元素，如Ni、Cr、Mo、V、W等。
在金屬切削范圍內，P組是最大的材料組，因為它涵蓋了幾個不同的工業領域。
材料通常為長切屑材料，能夠形成連續、相對均勻的切屑。具體的切屑形式通常取決于碳含量。
– 含碳量低 = 堅韌的粘性材料。
– 含碳量高 = 脆性材料。
加工特性：
- 長切屑材料。
- 切屑控制相對容易、平穩。
- 低碳鋼有粘性，需要鋒利的切削刃。
展開 不同的金屬材料，切削起來有什么不同？
在金屬切削加工中，會有不同的工件材料，不同的材料其切削形成與去除特性各不相同，我們怎么來掌握不同材料的特性呢？ISO標準金屬材料分為6種不同的類型組，每種類型在可加工性方面都具有獨特的特性，本文將分別對它們進行總結。
金屬材料分為6大類：
（1）P-鋼
（2）M-不銹鋼
（3）K-鑄鐵
（4）N-有色金屬
（5）S-耐熱合金
（6）H-淬硬鋼
不同材料的切削特性
01-P鋼
什么是鋼？
- 鋼是金屬切削領域中最大的材料組。
- 鋼可以是非淬硬鋼或調質鋼 (硬度達400HB)。
- 鋼是一種以鐵 (Fe) 元素為主要成分的合金。它通過熔煉過程制造而成。
- 非合金鋼的碳含量低于0.8%，只有Fe而沒有其他合金元素。
- 合金鋼的碳含量低于1.7%，加入了合金元素，如Ni、Cr、Mo、V、W等。
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在金屬切削范圍內，P組是最大的材料組，因為它涵蓋了幾個不同的工業領域。
材料通常為長切屑材料，能夠形成連續、相對均勻的切屑。具體的切屑形式通常取決于碳含量。
– 含碳量低 = 堅韌的粘性材料。
– 含碳量高 = 脆性材料。
加工特性：
- 長切屑材料。
- 切屑控制相對容易、平穩。
- 低碳鋼有粘性，需要鋒利的切削刃。
- 單位切削力kc：1500–3100 N/mm2
- 加工ISO P材料需要的切削力及功率，都在有限值范圍內。
02-M不銹鋼
什么是不銹鋼？
展開 不同金屬材料，切削起來會有什么不同！老師傅來告訴你
在金屬切削加工中，會有不同的工件材料，不同的材料其切削形成與去除特性各不相同，我們怎么來掌握不同材料的特性呢？ISO標準金屬材料分為6種不同的類型組，每種類型在可加工性方面都具有獨特的特性，本文將分別對它們進行總結。
金屬材料分為6大類：（1）P-鋼（2）M-不銹鋼（3）K-鑄鐵（4）N-有色金屬（5）S-耐熱合金（6）H-淬硬鋼
↑↑不同材料的切削特性↑↑
1-P鋼
什么是鋼？
- 鋼是金屬切削領域中最大的材料組。
- 鋼可以是非淬硬鋼或調質鋼（硬度達400HB）。
- 鋼是一種以鐵（Fe）元素為主要成分的合金。它通過熔煉過程制造而成。
- 非合金鋼的碳含量低于0.8%，只有Fe而沒有其他合金元素。
- 合金鋼的碳含量低于1.7%，加入了合金元素，如Ni、Cr、Mo、V、W等。
應用領域：在金屬切削范圍內，P組是最大的材料組，因為它涵蓋了幾個不同的工業領域。
材料通常為長切屑材料，能夠形成連續、相對均勻的切屑。具體的切屑形式通常取決于碳含量。
– 含碳量低 = 堅韌的粘性材料。
– 含碳量高 = 脆性材料。
加工特性：
- 長切屑材料。
- 切屑控制相對容易、平穩。
- 低碳鋼有粘性，需要鋒利的切削刃。
- 單位切削力kc：1500–3100 N/mm2
- 加工ISO P材料需要的切削力及功率，都在有限值范圍內。
2-M不銹鋼
什么是不銹鋼？
- 不銹鋼是帶有最少11~12%鉻的合金材料。
- 碳含量通常很低（低至最大0.01%） 。
展開 Abaqus中多相材料不規則表面輪廓提取
1 前言
在Abaqus切削仿真中，目前多采用二維正交模型來轉化和代替各種加工形式。目前對于Abaqus切削仿真的可查資料中，多是模型建立和一些注意事項，對于其后處理過程較少提及。加工表面的粗糙度是表面質量評價的一項重要指標，仿真得到的微觀結構的細觀變化也是切削仿真的一大研究重點。因此，對切削表面的輪廓提取是有必要的。
在Abaqus中，在后處理過程中，輪廓提取可以采用多種方式，例如建立路徑和導出連續節點坐標。但是多相材料建模通常采用不同的Part最后Assembly得到，建立路徑只能在獨立的Part中進行。除此之外，網格劃分與一般的規則形狀得到的網格也不相同，多相材料劃分得到的網格往往并不規則，因此導出連續節點也是不現實的。因此，要想導出多相復合材料的表面輪廓需要尋求一種別的方式。
本篇小節只要針對多相復合材料的切削表面輪廓進行講述，所使用的軟件包括Abaqus、AutoCAD、Excel和Origin。除了Abaqus切削仿真表面輪廓提取，也可對一些其它復雜形狀和結構的輪廓提取做出指導意義。
2 提取過程
如圖1所示為所選擇的一個案例的最終切削結果，其中顆粒和基體是單獨的Part，切削表面并不平整。提取目標既最上面的一條輪廓曲線。要求：其中某一條線的實際長度。
圖1 樣件的切削結果
第一步：在Abaqus Visualization界面下選擇命令Plot Deformed Shape，再點擊命令Render Model: Wireframe，得到如圖2所示的線框圖。
展開 
柔性再生碳纖維濕法取向仿真模擬及其復合材料性能研究
采用濕法取向技術制備短切碳纖維取向氈，并和未取向纖維氈進行對比。其中，未取向纖維氈的制備方法如下：將制備完成的纖維懸浮液傾倒在濾網上，用薄板將纖維液涂抹均勻，抽濾掉其中的分散劑和水分后得到未取向纖維氈。分別剪取制備的未取向纖維氈和取向纖維氈試樣，觀察其取向效果。6 mm 短切碳纖維氈在不同工藝條件下的微觀圖、二階方向張量及取向橢圓如圖 12 所示。其中，a 組是未使用取向工藝制備的短切碳纖維無紡氈；b 組是采用濕法取向技術制備的短切碳纖維取向氈。a 組中纖維的排列十分混亂，取向度僅有 57%；而 b 組中短切碳纖維在經過取向后方向明顯改變，纖維絲束均沿著漸縮噴嘴移動方向排布，取向度可達 98%，取向效果顯著。
4.2 纖維取向對復合材料彎曲性能影響
為了研究纖維取向度對其制備的復合材料性能的影響，采用模壓成型工藝制備 CF/EP 復合材料。使用島津儀器(蘇州)有限公司的電子萬能材料試驗機 AGX-V100KN，按照 GB/T 1449—2005[22]測試CF/EP 復合材料的彎曲性能(樣條尺寸 40 mm×15mm×2mm)，將上述工藝制備的取向纖維氈和非取向纖維氈裁剪成形狀和尺寸一致的預成型坯料并層疊放在模具中。環氧樹脂和固化劑按照質量比 4:1的比例調配，攪拌均勻后注入模具中充分浸漬纖維氈，隨后加壓至 5 MPa，在 120 ℃下保溫 3 h 后冷卻至室溫，從模具中取出試樣，將表面打磨平整，得到 CF/EP 復合材料。
不同取向度的 6 mm 碳纖維復合材料與純環氧樹脂彎曲性能如圖 13 所示。由圖 13 可知，6mm0°取向氈復合材料相對于未取向氈的彎曲強度和模量分別提升了 70.6%和 88.5%；而相對于90°取向氈性能提升了 200%和 337.5%。
展開 硅材料在鋰電池中的應用
硅負極的優勢在哪里
石墨的理論能量密度是372 mAh/g，而硅負極的理論能量密度超其10倍，高達4200mAh/g，而且還具有環境友好、儲量豐富等特點， 通過在石墨材料加入硅來提升電池能量密度已是業界公認的方向之一，日韓等大電芯廠商都在做硅碳負極電池的商業化，包括比亞迪、力神、比克、萬向等國內電池廠商也在跟蹤，但是至目前為止還沒有看到量產的產品。特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統石墨負極材料中加入了10%的硅，其能量密度至少在550mAh/g以上，特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統石墨負極材料中加入了10%的硅，其能量密度至少在550mAh/g以上。
硅材料在鋰電池的應用
硅材料在鋰離子電池中的應用，主要涉及兩方面，一是在負極材料中加入納米硅，形成硅碳負極，二是在電解液中加入有機硅化合物，改善電解液的性質。
(一)納米硅：鋰電負極材料的重要成員
納米硅，指的是直徑小于5納米的晶體硅顆粒，是一種重要的非金屬無定形材料，常由溶膠凝膠法等方法制備而成。納米硅粉具有純度高、粒徑小、分布均勻、比表面積大、高表面活性、松裝密度低等特點，且無毒、無味。 納米硅的應用領域廣泛：①與石墨材料組成硅碳復合材料，作為鋰離子電池的負極材料，大幅提高鋰離子電池的容量，這是我們關注的重點;②用于制造耐高溫涂層和耐火材料;③與金剛石高壓下混合形成碳化硅-金剛石復合材料，用做切削刀具;④可與有機物反應，作為有機硅高分子材料的原料;⑤金屬硅通過提純制取多晶硅;⑥半導體微電子封裝材料;⑦金屬表面處理。
(二)有機硅：鋰電電解液的功能添加劑
有機硅，是一類人工合成的，結構上以硅原子和氧原子為主鏈的一種高分子聚合物。由于構成主鏈的硅-氧結構具有較強的化學鍵結，因此有機硅高聚物的分子比一般有機高聚物對熱、氧穩定得多。
展開 飛機裝配自動制孔刀具技術研究
1.2 鈦合金材料的切削加工性能
鈦合金的硬度大于HB350時切削加工特別困難，小于HB300時則容易出現粘刀現象，也難于切削。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個方面，關鍵在于鈦合金本身化學、物理、力學性能間的綜合對其切削加工性的影響。鈦合金具有如下切削特點。
（1）變形系數小。這是鈦合金切削加工的顯著特點，變形系數小于或接近于1，切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大，加速刀具磨損。
（2）切削溫度高。由于鈦合金的導熱系數很小（只相當于45#鋼的1/5~1/7），切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產生的熱不易傳出，集中在切削區和切削刃附近的較小范圍內，切削溫度很高。在相同的切削條件下，切削溫度可比切削45#鋼時高出1倍以上。
（3）單位面積上的切削力大。主切削力比切鋼時約小20％，由于切屑與前刀面的接觸長度極短，單位接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同時，由于鈦合金的彈性模量小，加工時在徑向力作用下容易產生彎曲變形，引起振動，加大刀具磨損并影響零件的精度。因此，要求工藝系統應具有較好的剛性。
（4）冷硬現象嚴重。由于鈦的化學活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現象不僅會降低零件的疲勞強度，而且將加劇刀具磨損，是切削鈦合金時的一個極重要的特點。
（5）刀具易磨損。由于鈦合金對刀具材料的化學親和性強，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下，刀具很容易產生粘結磨損。
2 復合疊層結構特征及其自動制孔的切削加工性能
碳纖維復合材料與金屬材料構成的性能差異的疊層構件在飛機機翼和尾舵中應用廣泛，疊層構件裝配過程中需要大量的鉚接或螺接孔。
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