碳纤维层压结构在切削时容易因轴向力导致层间分离如何优化刀具路径

为了减少碳纤维层压结构在切削时的层间分离风险，需从刀具路径优化和切削参数调整两方面入手，结合材料特性和加工机理进行系统性优化。

1. 刀具路径优化

（1）螺旋插补

优势：通过螺旋渐进式切入（如钻孔或型腔加工），避免轴向力突变，分散切削力。

实施方法：

采用小切深（每圈轴向切深0.05-0.2mm）的螺旋下刀，降低单次切削的轴向载荷。

结合圆弧切入（替代垂直进刀，减少冲击。

（2）顺铣

作用：纤维从已加工面剥离，减少毛刺和分层倾向（相比逆铣可降低20-30%的层间应力）。

（3）分层切削与变向路径

分层多道切削：将总切深分为多道工序（如每层0.2mm），避免单次切削过深。

路径变向：交替改变切削方向（如90°交叉路径），分散累积应力。

（4）避免轮廓尖角

采用摆线切削处理拐角，减少刀具滞留和热量集中。

2. 切削参数优化

（1）主轴转速与切削速度

高转速：碳纤维导热性差，需高速切削以减少热积累和树脂软化。

平衡点：转速过高可能导致振动，需结合机床刚性调整。

（2）进给速度与每齿进给

适中进给：过高进给会增大切削力，过低则加剧摩擦发热。推荐：

fz=0.02-0.1mm/tooth（金刚石涂层刀具）。

进给速度f=500-2000mm/min（根据刀具直径调整）。

（3）轴向切深与径向切深

小切深：轴向切深ap≤1mm（粗加工）或0.1-0.3mm（精加工）。

径向切深ae≤50%刀具直径，避免刀具过载。

3. 刀具选择与辅助措施

刀具几何：

金刚石涂层立铣刀：高硬度、低摩擦系数。

小前角（γ≤6°）：增强刃口强度，减少纤维拔出。

大螺旋角（35-45°）：提升排屑能力，降低轴向力。

冷却方式：

高压气冷或微量润滑（MQL），避免树脂吸湿膨胀。

工艺监测：

实时检测切削力或振动信号，动态调整参数。

通过上述综合方法，可显著降低碳纤维层压结构的分层风险，同时兼顾加工效率与表面质量。实际应用中需根据具体材料牌号和铺层方向进一步微调。