纖維增強復合材料的機械加工技術分析

摘要：我國有許多新型材料正伴隨著科技水平的不斷提高而相繼出現(xiàn)，尤其是纖維增強復合材料，已在各個領域被廣泛的應用。本文從纖維增強復合材料的加工特性出發(fā)，分析了當前纖維增強復合材料在使用中存在的問題，并研究了幾種具體的加工技術，希望為相關人員工作的開展提供一些理論幫助。

關鍵詞：纖維增強;復合材料;機械加工

引言：

近些年，纖維增強復合材料逐漸開始得到了大家的廣泛關注，由于其性能強、質量好，相比較以往傳統(tǒng)的單一材料更適用于現(xiàn)階段我國各方面的生產(chǎn)生活中，可盡管如今已經(jīng)研發(fā)了新型的纖維增強復合材料的加工技術，可仍然有許多不利因素影響著復合材料的質量。

1、纖維增強復合材料的加工特性

1.1 分層破壞嚴重

從纖維增強復合材料的加工特性來看，最主要的就是材料的分層破壞嚴重，一般情況下在加工過程中都要事先做好鋪層工作，但如果其設計參數(shù)不合理，那么鋪層過程中就會使材料受到各方面的力度增加，導致復合材料出現(xiàn)分層破壞的現(xiàn)象。一旦材料遭到破壞產(chǎn)生分層，那么無論分層程度如何，都會對材料的正常使用造成阻礙，使材料的性能降低，造成使用過程中材料的各種安全隱患，嚴重時還會極大程度損害材料，致使材料無法使用，大大降低了生產(chǎn)效率，對復合材料的加工產(chǎn)生負面的影響。

1.2 刀具磨損嚴重

除了分層破壞嚴重之外，對于刀具磨損嚴重也是纖維增強復合材料的加工特性之一，刀具的運用與加工的成本密切相關，對于纖維增強復合材料來說，主要的加工技術便是切削技術，而刀具需要在復合材料之間大量、反復地摩擦，因此刀具的溫度會在摩擦的短時間內快速升高。這種在加工中刀具產(chǎn)生的高溫主要會聚集在刀尖位置，并且會在整個機械加工過程中持續(xù)地存在，因此對于刀具的磨損率極大，嚴重影響了刀具的使用壽命。另外還有一個問題，就是在機械對復合材料進行切削的過程中，如果使用刀具的方法不正確，讓刀具與碎屑頻繁接觸，會加劇刀具的損傷以及刃口鈍化。

1.3 產(chǎn)生殘余應力

在纖維增強復合材料的組成中，主要分為兩個基礎部分，一類為基體樹脂，另一類為增強纖維，這兩部分在化學性質方面及形狀材質方面都有著極大的不同，特別是在熱膨脹系數(shù)這一方面有著很大的差異。但是往往對于復合材料的加工都是在高溫的環(huán)境下，因此這兩種材料就會發(fā)生受熱膨脹的現(xiàn)象。而由于兩種材料的膨脹系數(shù)不同，使得二者之間膨脹的差異很大，從而讓二者受到不同的作用力，使得在纖維增強復合材料的加工中會有殘余應力的產(chǎn)生

2、不同纖維增強復合材料的機械加工技術分析

2.1 芳綸纖維增強材料

芳綸纖維增強材料是一個比較重要的材料種類，屬于熱塑性樹脂復合材料，因此在加工時一定要十分注意對其溫度的控制，一旦溫度過高會導致基體出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，對材料的性能與質量都造成一定的損害，等到材料冷卻成型后會產(chǎn)生一定程度上的形變，影響正常使用，所以一定要注意在加工過程中及時的加入冷卻劑起到緩解作用。另外在道具的選擇上同樣需要符合相關標準，刀具的刃口不能過鈍，而且還需要排屑槽，當前我國比較常用的刀具有金剛石刀具，或者采用碳胡化塢刀具來進行替代，在運用刀具進行加工的同時，還應加強對其保養(yǎng)，盡量延長其使用年限，從而降低生產(chǎn)成本。除此以外，在對芳綸纖維增強材料的加工過程中，會不斷產(chǎn)生大量的廢屑，一旦不及時對其進行清理，使其產(chǎn)生堆積，就會對復合材料正常的生產(chǎn)加工造成影響，所以加工時工作人員須注意及時清理排屑槽，保證內部的空間能夠容納大量的廢屑[1]。

2.2 玻璃纖維增強材料

在對于玻璃纖維增強復合材料的機械加工過程中應綜合考慮材料的材質特性，由于其中包含著一定的樹脂基，而樹脂基的差異性就會導致材料的切削性能存在不同，從傳統(tǒng)對于玻璃纖維增強材料進行加工的工藝來看，以往普遍使用的高速切削會使刀具受到嚴重的損害。因此在對于玻璃纖維進行加工時應選用質量更好、性能更強的的刀具，例如金剛石刀具，該類刀具的采用不僅能迅速提升加工的效率，更能讓材料本身的作用得到更好地發(fā)揮。

2.3 金屬基復合材料

金屬基復合材料的制成以金屬材料為主，該材料經(jīng)過機械加工后，會使其抗剪切強度得到有效提升，并增加其抗疲勞性能，讓它更好地在導熱、導電方面發(fā)揮作用，同時金屬基復合材料具有環(huán)保特點，會使材料加工與使用對環(huán)境的污染程度降低。但還需注意的是，對于金屬基材料進行加工需使用特制的刀具，例如金剛石刀具，該類刀具既符合材料加工的速度，還能承受切削過程中持續(xù)升高的溫度。

2.4 碳纖維增強材料

碳纖維增強復合材料在眾多材料中是結構最為復雜、加工最為困難的，由于碳纖維增強材料結合強度過小并且不均勻，使得在對其進行具體的加工過程中會產(chǎn)生各種各樣的問題。另外，在對該復合材料加工的過程中，摩擦力會進一步加大，從而使刀具迅速產(chǎn)生磨損或磨鈍，從而使得破損刀具在對材料的加工中無法正常發(fā)揮效用，生產(chǎn)處具有缺陷的材料。我國現(xiàn)如今剛剛開始對該金屬進行投入使用，因此在日常的不斷實際操作中，需要不斷完善技術，從而增強碳纖維增強材料的加工能力[3]。

在對碳纖維增強材料的刀具選用方面，被加工材料的質量建會根據(jù)相關條件的變化而產(chǎn)生相應的改變，在經(jīng)過機械加工后的談纖維增強材料的具體參數(shù)影響著其表面的光滑程度。一般情況下，切削的速率越大、力度越大，成品材料的質量就會越高。對硬度較高的合金類刀具進行操作時，切削速度切記不可以太高，速度過高極易導致刀具與材料的接觸面溫度急速升高，進而對刀具造成磨損。在削切的角度方面，角度的大小會影響材料削切的效果與質量，在相關工作人員從日常工作當中總結出的經(jīng)驗來看，若想削切得到一個良好的效果，就不能讓角度超過45°，只有正好45°時，材料才是最完美的。所以，在進行具體加工過程中，一定要注意選用角度，在最優(yōu)的角度下進行切削，以保證產(chǎn)品的加工質量。

結論：

綜上所述，根據(jù)當前復合材料應用的范圍來看，進一步加深對纖維增強復合材料的機械加工技術分析有著重要的意義，復合材料的質量優(yōu)于以往的單一材料，因此，相關研究人員更應進一步完善其加工技術，讓其在質量方面逐漸提高，從而生產(chǎn)出符合現(xiàn)代化要求的優(yōu)質復合材料。

參考文獻

[1]徐鶴，田桂芝，王琦.纖維增強復合材料的機械加工技術[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2019（04）：178-179.

[2]寧蒙川.纖維增強復合材料的機械加工技術研究[J].科技創(chuàng)新導報，2017，14（13）：71-72.

作者簡介：楊傲偉，男，江蘇省泰州市泰興市河失鎮(zhèn)人，學校：江蘇大學在校，學歷：本科，研究方向：機械設計制造專業(yè)。