寧蒙川

摘 要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，很多先進(jìn)的材料不斷出現(xiàn)，當(dāng)中纖維增強復(fù)合材料具有重要的意義，這種材料具有一定優(yōu)勢，比如：強度-重量比值高，比模率大，耐腐蝕性很強等，并且使用時效很長，所以，現(xiàn)階段已經(jīng)普遍被用于各個不同領(lǐng)域中?？墒牵坏┰谑褂脮r，某些特性出現(xiàn)相應(yīng)問題，那么就會嚴(yán)重降低這種材料的具體功效，所以，筆者針對纖維增強復(fù)合材料中的碳纖維增強復(fù)合材料的幾種機械加工技術(shù)進(jìn)行了具體分析，并對其發(fā)展背景與具體工藝進(jìn)行詳細(xì)的闡述，以備相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：碳纖維增強復(fù)合材料 機械加工技術(shù) 銑削加工技術(shù) 非傳統(tǒng)鉆孔技術(shù) 研究

中圖分類號：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（a）-0071-02

在現(xiàn)階段我國的社會生產(chǎn)生活里，對于纖維增強復(fù)合材料的加工需求不斷變得更高、更個性化，其被投入使用的范圍也在不斷普及，想要得到更好的加工成果，技術(shù)的完善和更新是當(dāng)前的必要條件。

1 碳纖維增強復(fù)合材料的機械加工技術(shù)發(fā)展背景

碳纖維增強復(fù)合材料是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜又難以加工的材料，因為其本身的不均勻性與結(jié)合強度過小等特性，碳纖維增強復(fù)合材料在進(jìn)行具體加工的時候常會產(chǎn)生各種不足。而且，在對碳纖維增強復(fù)合材料進(jìn)行加工的時候，產(chǎn)生的摩擦力極易將刀具磨損或磨鈍，進(jìn)而在被磨損的刀具作用下增加材料的加工缺陷，從而為相關(guān)工廠和企業(yè)造成很多麻煩?，F(xiàn)階段，中國相關(guān)加工技術(shù)才剛剛開始投入使用，所以，在日常的運作中要不斷地對技術(shù)進(jìn)行完善，進(jìn)而減小和消除加工缺陷[1]。

2 碳纖維增強復(fù)合材料的銑削加工技術(shù)

（1）銑削加工試驗。碳纖維增強復(fù)合材料經(jīng)過銑削加工技術(shù)后，其效果會對產(chǎn)品的耐腐蝕性和抗磨性等造成直接影響，除此之外還在一定程度上受所要投入生產(chǎn)過程中所用的刀具、各種參數(shù)等作用影響。

（2）從所用刀具和各種參數(shù)的數(shù)據(jù)方面來說，被加工材料的質(zhì)量會隨著相關(guān)條件的變化而發(fā)生規(guī)律性變化，加工后的成品材料體表光滑程度受具體參數(shù)影響，具體規(guī)律表現(xiàn)為：進(jìn)行切削的速率越快，加工材料的缺陷越小，進(jìn)行切削的力度越大，加工材料的缺陷也隨之變小。對硬度較高的合金類刀具進(jìn)行操作時，切削速度切記不可以太高，速度過高極易導(dǎo)致刀具與材料的接觸面溫度急速升高，進(jìn)而對刀具造成磨損，可以將切削的具體速度設(shè)置為40～80 m/min，每一個齒輪的進(jìn)給量設(shè)置在0.04 mm/z（齒）最為合適。同時，怎樣對合適的加工刀具進(jìn)行有效的選取也相當(dāng)重要，對于刀具的選取需要以技術(shù)人員的反復(fù)試驗為基礎(chǔ)，根據(jù)加工環(huán)境不同而從不同角度考慮其條件。一般對碳纖維增強復(fù)合材料進(jìn)行削切技術(shù)都會采用干切削的方法，在這一過程中，會產(chǎn)生極高的熱量，進(jìn)而對刀具產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象。部分技術(shù)人員選用在氣冷的環(huán)境下進(jìn)行相關(guān)實驗，并且發(fā)現(xiàn)，這樣能夠很大程度上減輕對刀具的損壞，并且所加工材料的加工質(zhì)量也有所提升。

（3）從碳纖維切削角度方面來講，這一角度對于材料切削的效果也存在著重要的影響。經(jīng)過技術(shù)人員的反復(fù)試驗得出，角度一旦超過45°，材料的削切效果不好，而角度正好在45°的時候，材料的加工效果最為美觀，當(dāng)夾角的角度在直角與平角之間變換的時候，材料一般都會產(chǎn)生一些毛刺類的瑕疵。所以，在進(jìn)行具體加工過程中，一定要注意選用角度，在最優(yōu)的角度下進(jìn)行切削，以保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

（4）銑削刀具的選用。由于對碳纖維增強復(fù)合材料進(jìn)行切削的過程中會產(chǎn)生極高的熱量，對刀具會造成相應(yīng)的磨損，進(jìn)而無法進(jìn)行有效、全面的切削。所以，在對其進(jìn)行加工的過程中，所選用的加工刀具要在具備高耐磨、高硬度和低磨損的基礎(chǔ)上，保證刀具切點的高鋒利度，以使對加工材料進(jìn)行快速無誤的切削工作過程中，有效地避免或減輕毛刺等相關(guān)瑕疵的產(chǎn)生?，F(xiàn)階段，各企業(yè)對于碳纖維增強復(fù)合型材料的銑削刀具一般都是硬度較高的合金類刀具，其表面大多被添加低壓化學(xué)氣相沉積的金剛石元素、立方氮化硼元素以及聚晶金剛石等元素。經(jīng)技術(shù)人員大量研究后，研發(fā)了針對碳纖維增強復(fù)合材料切削工作的使用刀具，被叫做左右交錯多齒銑刀，這種刀具本身被設(shè)計具有合適的寬度以及厚度，有效地減輕毛刺、撕裂等瑕疵的形成，被當(dāng)前廣大技術(shù)人員認(rèn)為是性能最高的切削刀具[2]。

（5）銑削力。一個科學(xué)、準(zhǔn)確的銑削專用模型能夠?qū)ο嚓P(guān)銑削力進(jìn)行全面的預(yù)測，進(jìn)而獲得精準(zhǔn)的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)一步對碳纖維增強復(fù)合材料的加工質(zhì)量進(jìn)行全方位的提高。技術(shù)人員以如何全面提高相關(guān)材料的加工質(zhì)量而運用不同方法進(jìn)行了試驗。

第一，反復(fù)建立模型法。這種方法的意思就是依據(jù)以往的研究經(jīng)驗，并在此基礎(chǔ)上反復(fù)進(jìn)行試驗，再建立相應(yīng)模型。這種方法本身具有一定程度的實用意義，可是前提是需要相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行反復(fù)、大量的針對性試驗，然而如果加工條件在中途發(fā)生任何變化，那么之前試驗獲得的計算公式就無法再使用，并且還要重新建立試驗。針對這一問題，有專家利用多元線性回歸的方法，研究出關(guān)于CFRP高速銑銑削力所對應(yīng)的具體經(jīng)驗計算公式，而且利用方差進(jìn)行了反復(fù)的檢驗，最后結(jié)果表明銑削力的經(jīng)驗公式具有較高的可靠性和科學(xué)性?；趯綔?zhǔn)確性的疑問，部分學(xué)者共同進(jìn)行了大量球頭刀銑削C/C復(fù)合材料的具體試驗，而且針對試驗所得數(shù)據(jù)信息建立了較大切深和較小切深環(huán)境內(nèi)的銑削力經(jīng)驗公式，最后確定公式誤差約在10%以內(nèi)。

第二，解析法。這種方法的操作原理是將進(jìn)行銑削加工操作的過程中所發(fā)現(xiàn)的物理機理進(jìn)行了記錄，并依據(jù)記錄建立模型，進(jìn)而對相對應(yīng)的銑削力進(jìn)行預(yù)測和分析，可是由于在這一過程中要不斷進(jìn)行假設(shè)，無法對最后的精準(zhǔn)度進(jìn)行有效的把握。

第三，有限元法。這種方法使通過利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，對材料加工過程中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行虛擬化的模擬實驗，這樣就在很大意義上對試驗所需耗費的各種材料進(jìn)行有效的節(jié)約。相關(guān)專家利用有限元法構(gòu)建了碳纖維增強復(fù)合材料的正交切削對應(yīng)的模型，并針對其材料的各種性能，提出了其在平面應(yīng)變的環(huán)境下，均質(zhì)各向異性的具有彈性材料的結(jié)構(gòu)細(xì)化模型，同時還建立了適用于切削過程中的接觸類模型，最后通過反復(fù)、大量的試驗，所得數(shù)據(jù)驗證了該模型的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)階段我國技術(shù)人員剛開始進(jìn)行針對碳纖維增強復(fù)合材料的有限元法的研究分析，相關(guān)數(shù)據(jù)以及報道都很少，所以，由于各方面研究還不太成熟，有限元法的仿真技術(shù)想要實現(xiàn)與具體加工工作，還對如何建立精準(zhǔn)的模型和切削分離準(zhǔn)則等很多方面進(jìn)行反復(fù)和大量的試驗以及研究。

3 碳纖維增強復(fù)合材料的機械鉆孔技術(shù)

（1）超聲振動鉆孔技術(shù)。這種技術(shù)是將機械加工術(shù)與超聲波加工術(shù)有效融合后而生成的技術(shù)，它是以傳統(tǒng)的切削機床的運作原理為基礎(chǔ)，并在加工切削刀具面上進(jìn)行超聲振動，從而完成其輔助性功能。利用這種技術(shù)，可以有效地減小刀具表面的摩擦受損程度，進(jìn)而使加工成果減輕毛刺和撕裂等瑕疵的產(chǎn)生，除此之外利用這種方法，還可以有效地延長刀具的使用時效，并在氣冷的環(huán)境下進(jìn)行具體操作，效果更佳。利用超聲的輔助削切作用不僅對加工結(jié)果的質(zhì)量進(jìn)行提高，還在很大程度上控制了對刀具的損傷。因為超聲振動鉆孔技術(shù)與傳統(tǒng)的持續(xù)削切方式不同，這種技術(shù)是通過斷續(xù)性的切削同時，不斷進(jìn)行排屑工作，這就可以減輕溫度過熱的現(xiàn)象，減小對道具的以及材料的損耗，從而減小工作成本和提高加工水平[3]。

（2）螺旋銑孔技術(shù)。這種技術(shù)屬于新興的技術(shù)，其原理是在刀具運轉(zhuǎn)的過程中圍繞銑孔的中軸線旋轉(zhuǎn)并不斷靠近軸線而產(chǎn)生的螺旋形軌道。這種技術(shù)在降低熱量、排屑和散熱等很多方面上具有一定的優(yōu)勢，而且可以運用同一把刀具通過調(diào)節(jié)，實現(xiàn)不同條件和材料規(guī)格的加工要求，有效地降低了運作成本，可是目前這種技術(shù)還在剛剛開始研發(fā)的階段，具體的應(yīng)用條件還不成熟。最近不斷有相關(guān)技術(shù)人員參與到螺旋銑孔技術(shù)的研發(fā)工作中，通過反復(fù)試驗所得經(jīng)驗，構(gòu)建了規(guī)范且比例精準(zhǔn)的預(yù)測模型，使這種技術(shù)實際應(yīng)用中有效地提升了對碳纖維增強復(fù)合型材料的加工質(zhì)量。這種螺旋銑孔技術(shù)在相對較大的直徑條件下制孔，其本身具備很高的技術(shù)優(yōu)勢，可以在輕易地減輕軸心力的同時，降低摩擦，減輕刀具損傷，并對材料的加工質(zhì)量進(jìn)行全面提升?？墒沁@種技術(shù)目前對于較小單位直徑條件下的孔進(jìn)行加工還存在一定的難度，需要相關(guān)技術(shù)人員的持續(xù)探究。

4 結(jié)語

由此可見，現(xiàn)階段在我國的社會生產(chǎn)生活里，對于纖維增強復(fù)合材料的加工需求不斷變得更高、更個性化，其被投入使用的范圍也在不斷普及，想要得到更好的加工成果，技術(shù)的完善和更新是當(dāng)前的必要條件。所以，還需要相關(guān)技術(shù)人員的不懈努力，加大實驗與研究力度，使先進(jìn)技術(shù)有效地發(fā)揮其功能，最終獲得完美的加工產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1] 單晨偉，呂曉波.碳纖維增強復(fù)合材料銑削和鉆孔技術(shù)研究進(jìn)展[J].航空制造技術(shù)，2016（15）：34-41.

[2] 于長有.纖維增強復(fù)合材料的機械加工技術(shù)研究[J].科技與創(chuàng)新，2015（24）：149，151.

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