佛山市華材職業(yè)技術(shù)學(xué)校 石啟成

纖維增強復(fù)合材料的機械加工技術(shù)

佛山市華材職業(yè)技術(shù)學(xué)校 石啟成

本文簡要介紹了纖維復(fù)合材料的性能、復(fù)合材料的加工特性以及復(fù)合材料機械加工技術(shù)，以期能夠為我國機械加工技術(shù)方面的發(fā)展提供有價值的參考。

纖維增強；復(fù)合材料；機械加工技術(shù)

前言

如今復(fù)合材料得到了很好的應(yīng)用，其無論在性能中還是發(fā)揮的作用中，均優(yōu)于單一材料。尤其近年來備受關(guān)注的纖維增強復(fù)合材料，其加工工藝更加復(fù)雜，我國傳統(tǒng)的機械加工技術(shù)已經(jīng)難以滿足其加工要求。雖然現(xiàn)在我國已經(jīng)研發(fā)出了新型加工技術(shù)，但在實際應(yīng)用中依然會暴露出些許問題，嚴重影響了復(fù)合材料的質(zhì)量，針對此方面我國各個機械加工企業(yè)也采取了相應(yīng)的措施，但效果并不十分明顯。

1 纖維復(fù)合材料的性能

在眾多復(fù)合材料中，纖維增強材料的優(yōu)勢最大，因此其應(yīng)用范圍也極為廣泛，但該材料在進行加工時，對設(shè)備、技術(shù)以及環(huán)境等有更高的要求，其性能優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一，相較于一般的材料而言，其具有更大的比模量；二，其比強度較小，在加工時可以減少不必要的步驟；三，比重小。但即使該材料具有多種優(yōu)勢，其依然存在著較大的弊端，尤其在進行切削加工時，其很容易造成刀具的損壞，也會導(dǎo)致預(yù)產(chǎn)應(yīng)力的產(chǎn)生，此種情況不僅會影響材料質(zhì)量，也會為機械加工企業(yè)帶來更多的成本投入。

2 復(fù)合材料的加工特性

2.1 發(fā)生分層破壞現(xiàn)象

產(chǎn)生分層是復(fù)合材料加工時常見的現(xiàn)象之一，重要原因在于脫膠，因復(fù)合材料鋪層之間往往需要用膠粘結(jié)，但一旦膠力失效或減效，即會造成脫膠現(xiàn)象?；蚴窃谶M行切削時的參數(shù)設(shè)置不合理，也會直接導(dǎo)致出現(xiàn)分層現(xiàn)象。對于復(fù)合材料而言，一旦出現(xiàn)分層勢必會對整個材料的性能產(chǎn)生極大的影響，重者會令整個材料失去使用價值，在加工中任何微小的分層都不可以出現(xiàn)，否則在今后的使用中極易導(dǎo)致安全風(fēng)險出現(xiàn)[1]。

2.2 刀具磨損嚴重

鑒于復(fù)合材料的加工往往需要使用切削技術(shù)，此項技術(shù)的應(yīng)用能夠瞬間產(chǎn)生高溫，且持續(xù)圍繞在刀具切削尖部分，此種情況長時間存在會對刀具產(chǎn)生很大影響，并且纖維材料中的粉狀屑一旦沾到刀具，也會導(dǎo)致刀具擦傷刃口遲鈍的現(xiàn)象出現(xiàn)。除此之外，在進行碳纖維材料的加工時，刀具也會因為材料過硬的硬度而出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，以上種種情況均會使刀具不耐用，而機械加工企業(yè)若能保證加工質(zhì)量和加工速度，則必須定期購買、更換刀具，這會給機械企業(yè)造成額外的成本投入。

2.3 產(chǎn)生殘余應(yīng)力

在加工復(fù)合材料時，其表面尺寸精度、粗糙度等方面往往難以達到要求，并且時常伴有殘余應(yīng)力，而導(dǎo)致此種情況出現(xiàn)的主要原因在于溫度過高，并且增強纖維、基體樹脂熱膨脹之間存在著巨大的系數(shù)差異。復(fù)活材料的加工并不是一件容易的事，其在加工時必須注意層間強度，同時要防止出現(xiàn)分層、撕裂等現(xiàn)象，此種現(xiàn)象在鉆孔時最顯著，也是影響加工質(zhì)量的重要因素[2]。

3 復(fù)合材料機械加工技術(shù)

3.1 玻璃纖維增強復(fù)合材料

此種材料具有多種顯著的特征，在加工材料中可謂得天獨厚，即其耐高溫、耐腐蝕，并且此種材料的透明性很好，然而即使其質(zhì)地很硬，卻也容易碎，但并不影響其在我國的廣泛應(yīng)用。在對該材料進行加工時應(yīng)注意加工工具的選擇，目前加工效果較佳的是金剛石刀具，或是可以使用立方氮化硼刀具，此種刀具可以很好地彌補傳統(tǒng)刀具帶來的損傷，也能夠有效增加生產(chǎn)率提高材料質(zhì)量。另外，能夠影響此種材料加工質(zhì)量的除了使用的刀具外，刀具參數(shù)也是十分重要的因素，應(yīng)根據(jù)各個材料的特征合理設(shè)置參數(shù)。

3.2 熱塑性樹脂基復(fù)合材料

此種材料在加工時應(yīng)加強對溫度的重視和控制，當溫度過高時便會對材料質(zhì)量、性能等方面產(chǎn)生影響，針對此種情況，加工現(xiàn)場往往會采用加冷卻劑的方式來緩解。選擇的刀具也要達到標準，刀具不可過于駑鈍，并且需要排屑槽，目前我國使用較為頻繁的刀具是金剛石刀具，或是可以用碳胡化鎢刀具來代替，在使用刀具的過程中，要注重對刀具進行保養(yǎng)，另外，若有鉆孔處理的需要，則需要使用麻花鉆頭[3]。

3.3 金屬基復(fù)合材料

顧名思義此種材料主要以金屬材料為主，此種材料在經(jīng)過復(fù)合加工后，能夠有效提升抗剪切強度，并且抗疲勞性能也會有所提升，其在導(dǎo)電、導(dǎo)熱方面也能夠發(fā)揮很好的作用，另外，該種材料的制作和使用均不會對環(huán)境產(chǎn)生過多污染。但該種材料在進行加工時需要特定的刀具，具體以金剛石材質(zhì)制成的刀具為主，因此種刀具能夠適合材料加工的速度，也能夠適應(yīng)切削溫度帶給刀具的影響，在加工時也不會因此類因素影響刀具的使用。

4 總結(jié)

綜上所述，研究關(guān)于纖維增強復(fù)合材料的機械加工技術(shù)方面的內(nèi)容具有十分重要的意義。如今在機械加工中，復(fù)合材料的使用十分廣泛，其能夠使材料質(zhì)量有很大的提升，但若無法很好地把握施工技術(shù)技巧，便會造成加工質(zhì)量問題，尤其是切削溫度以及切削速度控制方面，雖然目前我國已經(jīng)加大了資金、技術(shù)以及人才方面的支持，使機械行業(yè)的發(fā)展更加可觀，但依然有不小的上升空間，因此相關(guān)機構(gòu)和人員應(yīng)加強此方面的研究。

[1]劉剛,張恒,王亞飛,周蘭,高凱曄,柯映林,盧大偉.碳纖維增強復(fù)合材料螺旋銑孔切削力及加工質(zhì)量研究[J].復(fù)合材料學(xué)報,2014,(05)05：1292-1299.

[2]陳燕,葛恩德,傅玉燦,蘇宏華,徐九華.碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料制孔技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].復(fù)合材料學(xué)報,2015,(04)02：301-316.

[3]王昌贏,文亮,明偉偉,安慶龍,陳明,張烘州.碳纖維增強復(fù)合材料銑削加工技術(shù)研究進展[J].航空制造技術(shù),2015,(11)14：76-80.