Kompositlaminerede strukturer, især dem, der integrerer kulfiberforstærkede polymerer (CFRP) med titanlegeringer, er en integreret del af moderne luftfartsteknik på grund af deres høje styrke-til-vægt-forhold, korrosionsbestandighed og udmattelsesevne. Disse hybridmaterialer, ofte omtalt som CFRP/Ti-stabler, anvendes i kritiske flykomponenter såsom vingebeklædning, flykroppaneler og motorophæng. Bearbejdningen af ​​disse strukturer, især gennem computernumeriske styringsprocesser (CNC) som boring, fræsning og bearbejdning, stiller dog betydelige udfordringer på grund af de forskellige mekaniske og termiske egenskaber ved CFRP og titanlegeringer. Blandt de mest kritiske problemer er delaminering, en fejltilstand, hvor lag af kompositten adskiller, hvilket kompromitterer den strukturelle integritet.

Delamineringsskader i CFRP/Ti-stabler opstår som følge af komplekse interaktioner mellem værktøjsgeometri, bearbejdningsparametre, materialeanisotropi og termisk-mekaniske effekter. Udviklingen af ​​denne skade styres af mekanismer som fibermatrixafbinding, revner i mellemlaget og termisk nedbrydning induceret af højtemperatur titanspåner. Fejlundertrykkelsesstrategier sigter mod at afbøde disse problemer gennem optimeret værktøjsdesign, avancerede bearbejdningsteknikker og procesparameterkontrol. Denne artikel giver en omfattende undersøgelse af udviklingsmekanismen for delamineringsskader og fejlundertrykkelsesstrategier i CNC bearbejdning af CFRP/Ti-laminerede strukturer til luftfart, understøttet af detaljerede tabeller til sammenlignende analyse.

## Materialeegenskaber for CFRP og titanlegeringer

### Kulfiberforstærkede polymerer (CFRP)

CFRP består af kulfibre indlejret i en polymermatrix, typisk epoxy, der tilbyder enestående trækstyrke, stivhed og lav densitet. De mekaniske egenskaber ved CFRP er stærkt anisotrope, med styrke og stivhed maksimeret langs fiberretningen. Almindelige CFRP-konfigurationer inden for luftfart omfatter ensrettede, vævede og flersrettede laminater, hver med forskellige bearbejdningsadfærd.

- **Trækstyrke**: Op til 3,500 MPa langs fiberretningen.
- **Youngs modul**: 230–400 GPa langs fiberretningen.
- **Densitet**: 1.5–1.8 g/cm³.
- **Varmeledningsevne**: Lav, typisk 0.5–5 W/m·K.
- **Glasovergangstemperatur**: 120–180 °C for epoxymatricer.

Heterogeniteten af ​​CFRP fører til bearbejdningsudfordringer, herunder fiberudtrækning, matrixrevner og delaminering, især ved indgangen og udgangen af ​​bearbejdede huller.

### Titaniumlegeringer

Titanlegeringer, såsom Ti6Al4V, er værdsatte inden for luftfart for deres høje styrke, korrosionsbestandighed og evne til at modstå forhøjede temperaturer. Deres lave varmeledningsevne og høje kemiske reaktivitet med skæreværktøjer gør dem dog vanskelige at bearbejde.

- **Trækstyrke**: 900–1,200 MPa.
- **Youngs modul**: 110–120 GPa.
- **Densitet**: 4.4–4.5 g/cm³.
- **Varmeledningsevne**: 6–7 W/m·K.
- **Smeltepunkt**: ~1,650°C.

Under CNC-bearbejdning genererer titanlegeringer høje skæretemperaturer og producerer kontinuerlige spåner, der kan beskadige tilstødende CFRP-lag og forværre delaminering.

### CFRP/Ti-stabler

CFRP/Ti-stabler kombinerer CFRP's lette egenskaber med titaniums holdbarhed og danner hybridstrukturer, der er mekanisk fastgjort (f.eks. boltet eller nittet) i flykonstruktioner. Forskellen i mekaniske og termiske egenskaber mellem CFRP og titanium komplicerer bearbejdning, da værktøjer, der er optimeret til ét materiale, kan præstere under niveau med det andet. Tabel 1 sammenligner de vigtigste egenskaber ved CFRP og Ti6Al4V.

**Tabel 1: Sammenligning af materialegenskaber for CFRP og Ti6Al4V**

| Ejendom | CFRP (ensrettet) | Ti6Al4V |
|--------------------------| ...|
| Trækstyrke (MPa) | 2,500–3,500 | 900–1,200 |
| Youngs modul (GPa) | 230–400 | 110–120 |
| Densitet (g/cm³) | 1.5–1.8 | 4.4–4.5 |
| Varmeledningsevne (W/m·K) | 0.5–5 | 6–7 |
| Termisk udvidelse (10⁻⁶/K) | ~0 (fiberretning) | 8.6–9.0 |
| Hårdhed | Lav (matrixafhængig) | 330–380 HV |

## Delamineringsskader i CNC-bearbejdning

### Definition og betydning

Delaminering er adskillelsen af ​​lag i en lamineret komposit, som følge af interlaminære spændinger, der overstiger materialets mellemlagsstyrke. I CFRP/Ti-stabler manifesterer delaminering sig som afskalningsdefekter (ved indgangen) eller push-out-defekter (ved udgangen), hvilket reducerer udmattelseslevetiden og kompromitterer befæstelser Delaminering er særligt skadeligt inden for luftfart, hvor strukturel pålidelighed er altafgørende.

### Typer af delaminering

Delaminering i CFRP/Ti-stabler kan klassificeres i tre typer baseret på ASTM D5528-standarden og eksperimentelle observationer:

1. **Type I (Peel-Up Delamination)**: Opstår ved indgangen på grund af opadgående trykkræfter fra boret, hvilket får de øverste lag til at løfte sig.
2. **Type II (Push-Out Delamination)**: Opstår ved udgangen på grund af bøjning af ikke-understøttede lag under aksiale kræfter.
3. **Type III (termisk induceret delaminering)**: Resultatet er, at højtemperatur-titaniumspåner blødgør CFRP-matricen, hvilket reducerer styrken mellem laminerne.

### Faktorer der påvirker delaminering

Delaminering påvirkes af flere faktorer, herunder:

- **Værktøjsgeometri**: Borespidsvinkel, spiralvinkel og skærphed påvirker trykkraft og spåndannelse.
- **Bearbejdningsparametre**: Tilspændingshastighed, spindelhastighed og skærehastighed bestemmer skærekræfter og varmegenerering.
- **Materialeanisotropi**: Fiberorientering (f.eks. 0°, 45°, 90°) påvirker modstanden mod lagseparation.
- **Termiske effekter**: Titaniums lave varmeledningsevne fører til varmeophobning, hvilket nedbryder CFRP-matrixen.
- **Supportbetingelser**:

Genudskrivningserklæring: Hvis der ikke er særlige instruktioner, er alle artikler på dette websted originale. Angiv venligst kilden til genudskrivning: https://www.cncmachiningptj.com/，tak!

PTJ® leverer et komplet sortiment af Custom Precision cnc bearbejdningskina services.ISO 9001: 2015 & AS-9100 certificeret. 3, 4 og 5-akse CNC-bearbejdningstjenester med hurtig præcision inklusive fræsning, drejning til kundespecifikationer, I stand til bearbejdede metal- og plastdele med +/- 0.005 mm tolerance. Sekundære tjenester inkluderer CNC og konventionel slibning, boring,die casting,metalplader og stempling.Tilvejebringelse af prototyper, fulde produktionskørsler, teknisk support og fuld inspektion.Serverer automotive, rumfart, skimmel & armatur, led-belysning,medicinsk, cykel og forbruger elektronik industrier. Levering til tiden. Fortæl os lidt om dit projekts budget og forventet leveringstid. Vi vil planlægge sammen med dig for at levere de mest omkostningseffektive tjenester for at hjælpe dig med at nå dit mål, velkommen til at kontakte os ( sales@pintejin.com ) direkte til dit nye projekt.