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)
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。
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。
2.1 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]。
3.1 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。
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.