纖維增強復合材料的機械加工技術研究

于長有

摘 要：纖維增強的復合材料對機械加工的位置要求比較高、加工過程復雜、尺寸精度要求較高，導致加工難度較大。因此，應根據既有設備的特點，改善纖維增強的復合材料加工技術，從而提高機械加工產品的質量。就復合材料的分類和性能進行了分析，探討了復合材料機械加工技術，以期提高復合材料機械加工的水平。

關鍵詞：復合材料；機械加工；加工技術；切削加工

中圖分類號：V257 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.149

在復合材料中，一種材料為基料，另外一種材料為增強體，采用科學的方式組合，可使材料的特性互相彌補，以滿足軍事或生活中的需要。在試驗過程中，常用基料包含非金屬、金屬材料，常見的硬質細料、玻璃纖維、碳化硅纖維和硼纖維屬于增強性材料。

1 復合材料的類型和性能

1.1 復合材料的類型

目前，復合材料的種類較多，通常可按照復合材料的結構分為4種類型，具體如表1所示。

1.2 復合材料的性能

在全部復合材料中，應用范圍比較廣泛的是纖維增強材料。纖維增強材料的特點是比模量較大、比強度和比重比較小。本文主要分析碳纖維增強材料的機械加工技術，碳纖維復合型材料的切削加工的特點為：刀具磨損比較嚴重、會產生殘余應力、材料會被分層破壞和切削溫度較高。分層破壞是指復合材料鋪層間的脫膠現象，而脫膠現象與切削參數緊密相連，如果參數不合理，則易導致脫膠現象的產生，甚至使材料性能受到較大影響，導致零件報廢；在切削過程中，切削溫度不宜過高，否則，易使增強復合纖維材料與基體樹脂的膨脹系數相差過大，進而產生殘余應力。

此外，在刀具切削刃周圍較窄的區域是切削溫度較高的位置，加之碳纖維復合型材料的導熱性較差，因此，這種熱傳向工件和刀具會破壞碳纖維復合材料。

2 復合材料機械加工技術分析

2.1 金屬基的復合材料加工

金屬基的復合材料是指基體為合金或純金屬，其增強體一般為顆粒、纖維與晶須復合的材料。這類復合材料的特點是剪切和橫向強度較高，抗疲勞和韌性等綜合性質較好。此外，還具有無污染、熱膨脹的系數較小、不老化、導電、導熱、不吸濕和耐磨等特點。在一些傳統工藝中，通常將金屬基的復合材料用于加工中，比如磨削、切割、銑削和車削等。但采用這類傳統工藝會導致機械磨損，因此，需要選擇鑲含有金剛石、金剛石尖刀具、高速鋼、碳化鎢的工具，且相關人員要掌握好切削速度，加入潤滑劑或冷卻劑等。只有這樣，才可取得更好的加工效果。

2.2 熱塑性樹脂基的復合材料加工

熱塑樹脂基的復合材料一般是指將熱塑性樹脂作為基體的一種復合型材料。在加工這種材料時，如果溫度過高，則易使材料的基體燒焦或軟化。為了避免加工過熱的情況出現，要適當添加冷卻劑；在切削過程中，要保證切削刀具的排削槽有足夠的容量，并保持較快的切削速度；車刀刀具和刀頭要鋒利，盡可能地使用金剛砂或碳化鎢刀具，部分特殊的塑料可使用高速鋼刀具；車刀應磨成傾角，從而減小刀具的切削力，便于切削。

2.3 玻璃鋼的加工

玻璃鋼的特點包括耐腐蝕、高硬度、易碎、耐高溫、透明性較好等。玻璃鋼種類較多，比如塔器、玻璃鋼罐和玻璃鋼管等，根據樹脂成分可分為不飽和聚酯樹脂基、環氧樹脂基和酚醛樹脂基等。玻璃鋼的可切削性與樹脂基緊密相關，通常情況下，樹脂基的不同會影響玻璃鋼的切削性能。從以往的試驗中可發現，玻璃鋼刀具在高速切削中的磨損非常嚴重。因此，在切削時，可換成立方氮化硼刀具或金剛石刀具，使用這些刀具切削玻璃鋼可大大提高生產效率。在選擇刀具的幾何參數時，必須掌握科學規律，按照材料性質選擇。

3 復合材料機械的加工

通常情況下，復合材料機械加工的流程為：鋸切→磨削→銑削→車削→切割→仿形銑→鉆孔。而復合型材料具有更先進的加工方法，比如電化學加工、激光束加工、電子束加工、高壓水切割、電火花加工和超聲波加工等。在加工復合材料時，相關人員要高度重視復合材料切削的穩定性，科學、合理地選擇切削溫度，并深入分析、研究新型刀具高速切削的方式，從而提高復合型材料機械加工的質量。此外，還可采用電子顯微鏡觀察碳纖維復合型材料的孔壁，以探究復合型材料機械加工的優化方式，確保碳纖維復合材料機械加工的順利進行。

4 結束語

綜上所述，現代化機械加工過程中常使用復合材料，而復合型材料的加工工藝比較復雜，尤其是在切削時，切削的溫度、速度等因素會影響機械產品的質量。因此，在復合材料機械加工的過程中，相關人員要科學設定切削的速度和溫度，盡可能避免刀具受到破壞，以確保復合材料機械加工的進度和質量。

參考文獻

[1]孫開顏，姚偉，高祥政.纖維增強復合材料產品加工工藝的改進[J].才智，2015，23（02）.

[2]魏仕華.切削加工對芳綸纖維增強復合材料（KFRP）構件表面質量的影響研究[J].制造業自動化，2015，13（02）.

〔編輯：張思楠〕