纖維增強復合材料的機械加工技術

佛山市華材職業技術學校 石啟成

纖維增強復合材料的機械加工技術

佛山市華材職業技術學校 石啟成

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

纖維增強；復合材料；機械加工技術

前言

如今復合材料得到了很好的應用，其無論在性能中還是發揮的作用中，均優于單一材料。尤其近年來備受關注的纖維增強復合材料，其加工工藝更加復雜，我國傳統的機械加工技術已經難以滿足其加工要求。雖然現在我國已經研發出了新型加工技術，但在實際應用中依然會暴露出些許問題，嚴重影響了復合材料的質量，針對此方面我國各個機械加工企業也采取了相應的措施，但效果并不十分明顯。

1 纖維復合材料的性能

在眾多復合材料中，纖維增強材料的優勢最大，因此其應用范圍也極為廣泛，但該材料在進行加工時，對設備、技術以及環境等有更高的要求，其性能優勢主要體現在以下幾個方面：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，也會導致預產應力的產生，此種情況不僅會影響材料質量，也會為機械加工企業帶來更多的成本投入。

2 復合材料的加工特性

2.1 發生分層破壞現象

產生分層是復合材料加工時常見的現象之一，重要原因在于脫膠，因復合材料鋪層之間往往需要用膠粘結，但一旦膠力失效或減效，即會造成脫膠現象。或是在進行切削時的參數設置不合理，也會直接導致出現分層現象。對于復合材料而言，一旦出現分層勢必會對整個材料的性能產生極大的影響，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，否則在今后的使用中極易導致安全風險出現[1]。

2.2 刀具磨損嚴重

鑒于復合材料的加工往往需要使用切削技術，此項技術的應用能夠瞬間產生高溫，且持續圍繞在刀具切削尖部分，此種情況長時間存在會對刀具產生很大影響，并且纖維材料中的粉狀屑一旦沾到刀具，也會導致刀具擦傷刃口遲鈍的現象出現。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磨損現象，以上種種情況均會使刀具不耐用，而機械加工企業若能保證加工質量和加工速度，則必須定期購買、更換刀具，這會給機械企業造成額外的成本投入。

2.3 產生殘余應力

在加工復合材料時，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力，而導致此種情況出現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差異。復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，同時要防止出現分層、撕裂等現象，此種現象在鉆孔時最顯著，也是影響加工質量的重要因素[2]。

3 復合材料機械加工技術

3.1 玻璃纖維增強復合材料

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，然而即使其質地很硬，卻也容易碎，但并不影響其在我國的廣泛應用。在對該材料進行加工時應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刀具帶來的損傷，也能夠有效增加生產率提高材料質量。另外，能夠影響此種材料加工質量的除了使用的刀具外，刀具參數也是十分重要的因素，應根據各個材料的特征合理設置參數。

3.2 熱塑性樹脂基復合材料

此種材料在加工時應加強對溫度的重視和控制，當溫度過高時便會對材料質量、性能等方面產生影響，針對此種情況，加工現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，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，此種材料在經過復合加工后，能夠有效提升抗剪切強度，并且抗疲勞性能也會有所提升，其在導電、導熱方面也能夠發揮很好的作用，另外，該種材料的制作和使用均不會對環境產生過多污染。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

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

[1]劉剛,張恒,王亞飛,周蘭,高凱曄,柯映林,盧大偉.碳纖維增強復合材料螺旋銑孔切削力及加工質量研究[J].復合材料學報,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合材料制孔技術研究現狀與展望[J].復合材料學報,2015,(04)02：301-316.

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