纤维增强聚合物复合材料的加工工艺可取性特征

在CFRP的情况下，机械加工方面的挑战尤其严重。这是由于化学成分的力学性能和热性能之间有很大的差异。加工缺陷，包括内部和内部的缺陷分层、纤维拔出、表面质量差等现象时有发生。此外，无法满足尺寸公差可能需要返工，甚至部分拒绝。CFRP的高质量机械加工需要适当的刀具材料、等级和几何形状以及特定的工艺数据。这些有时需要特定应用的特定设备，这可能是一种昂贵的做法。2,3因此，加工CFRP的成本可高达最终总成本的一半。4因此，正在研究替代加工工艺，包括磨料水射流(AWJ)加工，激光加工，放电加工(EDM)(只适用于CFRP，因为碳纤维是导电的)和超声波加工(USM)。激光在超薄层压板的高速切割中有更多的应用，而AWJ在较厚的聚合物层压板的切割中有更多的应用。5

磨料水射流是一种有效的复合加工方法。AWJ加工的低热、低机械力是FRPS的理想加工方法。可以调整工艺参数，包括供应压力、切断距离、磨料尺寸、水流量和切削速度，以达到所需的切割表面质量和切口锥度。6由于AWJ具有较低的热和机械力，是复合材料的理想材料。对于CFRP，一般情况下，高射流压力，低停止距离，低到中等横向速度，小磨料粒度和小。喷嘴直径是用来减少锥度角和表面粗糙度和不规则，包括分层和波纹。6–11新技术包括在切割平面上向前倾斜射流的切割，12多道切，9控制喷嘴振荡13–16在AWJ中也有应用，以提高切削性能，如切削深度和表面光洁度。然而，磨料的分层和捕获复合材料层合板是令人关注的问题。其他与AWJ加工有关的问题是噪音水平和磨料。浆料在过程中产生，对操作人员和环境都有潜在的健康危害。

激光作为非接触和非磨料加工工具，在材料加工、消除刀具磨损、振动和切削力等方面具有独特的优势。激光切割可以很容易的自动化，并且可以在高的切割速度下进行。因此，近30年来，激光一直被认为是一种很有前途的复合材料加工工具。激光加工面临的挑战是最大限度地减少或消除热损伤，保持较高的加工速度。缺陷，如热影响区(HAZ)，炭化，树脂由于强烈的热效应而产生的衰退和分层是影响碳纤维复合材料激光加工工业应用的主要障碍。17使用附加技术等技术在激光切割CFRP过程中所取得的质量改进冷却剂(水)18或者低温辅助气体，19,20脉冲和/或紫外光处理21,22显示了激光加工CFRP的潜力。