纤维增强复合材料的机械加工技术

佛山市华材职业技术学校 石启成

纤维增强复合材料的机械加工技术

佛山市华材职业技术学校 石启成

本文简要介绍了纤维复合材料的性能、复合材料的加工特性以及复合材料机械加工技术，以期能够为我国机械加工技术方面的发展提供有价值的参考。

纤维增强；复合材料；机械加工技术

前言

如今复合材料得到了很好的应用，其无论在性能中还是发挥的作用中，均优于单一材料。尤其近年来备受关注的纤维增强复合材料，其加工工艺更加复杂，我国传统的机械加工技术已经难以满足其加工要求。虽然现在我国已经研发出了新型加工技术，但在实际应用中依然会暴露出些许问题，严重影响了复合材料的质量，针对此方面我国各个机械加工企业也采取了相应的措施，但效果并不十分明显。

1 纤维复合材料的性能

在众多复合材料中，纤维增强材料的优势最大，因此其应用范围也极为广泛，但该材料在进行加工时，对设备、技术以及环境等有更高的要求，其性能优势主要体现在以下几个方面：一，相较于一般的材料而言，其具有更大的比模量；二，其比强度较小，在加工时可以减少不必要的步骤；三，比重小。但即使该材料具有多种优势，其依然存在着较大的弊端，尤其在进行切削加工时，其很容易造成刀具的损坏，也会导致预产应力的产生，此种情况不仅会影响材料质量，也会为机械加工企业带来更多的成本投入。

2 复合材料的加工特性

2.1 发生分层破坏现象

产生分层是复合材料加工时常见的现象之一，重要原因在于脱胶，因复合材料铺层之间往往需要用胶粘结，但一旦胶力失效或减效，即会造成脱胶现象。或是在进行切削时的参数设置不合理，也会直接导致出现分层现象。对于复合材料而言，一旦出现分层势必会对整个材料的性能产生极大的影响，重者会令整个材料失去使用价值，在加工中任何微小的分层都不可以出现，否则在今后的使用中极易导致安全风险出现[1]。

2.2 刀具磨损严重

鉴于复合材料的加工往往需要使用切削技术，此项技术的应用能够瞬间产生高温，且持续围绕在刀具切削尖部分，此种情况长时间存在会对刀具产生很大影响，并且纤维材料中的粉状屑一旦沾到刀具，也会导致刀具擦伤刃口迟钝的现象出现。除此之外，在进行碳纤维材料的加工时，刀具也会因为材料过硬的硬度而出现磨损现象，以上种种情况均会使刀具不耐用，而机械加工企业若能保证加工质量和加工速度，则必须定期购买、更换刀具，这会给机械企业造成额外的成本投入。

2.3 产生残余应力

在加工复合材料时，其表面尺寸精度、粗糙度等方面往往难以达到要求，并且时常伴有残余应力，而导致此种情况出现的主要原因在于温度过高，并且增强纤维、基体树脂热膨胀之间存在着巨大的系数差异。复活材料的加工并不是一件容易的事，其在加工时必须注意层间强度，同时要防止出现分层、撕裂等现象，此种现象在钻孔时最显著，也是影响加工质量的重要因素[2]。

3 复合材料机械加工技术

3.1 玻璃纤维增强复合材料

此种材料具有多种显著的特征，在加工材料中可谓得天独厚，即其耐高温、耐腐蚀，并且此种材料的透明性很好，然而即使其质地很硬，却也容易碎，但并不影响其在我国的广泛应用。在对该材料进行加工时应注意加工工具的选择，目前加工效果较佳的是金刚石刀具，或是可以使用立方氮化硼刀具，此种刀具可以很好地弥补传统刀具带来的损伤，也能够有效增加生产率提高材料质量。另外，能够影响此种材料加工质量的除了使用的刀具外，刀具参数也是十分重要的因素，应根据各个材料的特征合理设置参数。

3.2 热塑性树脂基复合材料

此种材料在加工时应加强对温度的重视和控制，当温度过高时便会对材料质量、性能等方面产生影响，针对此种情况，加工现场往往会采用加冷却剂的方式来缓解。选择的刀具也要达到标准，刀具不可过于驽钝，并且需要排屑槽，目前我国使用较为频繁的刀具是金刚石刀具，或是可以用碳胡化钨刀具来代替，在使用刀具的过程中，要注重对刀具进行保养，另外，若有钻孔处理的需要，则需要使用麻花钻头[3]。

3.3 金属基复合材料

顾名思义此种材料主要以金属材料为主，此种材料在经过复合加工后，能够有效提升抗剪切强度，并且抗疲劳性能也会有所提升，其在导电、导热方面也能够发挥很好的作用，另外，该种材料的制作和使用均不会对环境产生过多污染。但该种材料在进行加工时需要特定的刀具，具体以金刚石材质制成的刀具为主，因此种刀具能够适合材料加工的速度，也能够适应切削温度带给刀具的影响，在加工时也不会因此类因素影响刀具的使用。

4 总结

综上所述，研究关于纤维增强复合材料的机械加工技术方面的内容具有十分重要的意义。如今在机械加工中，复合材料的使用十分广泛，其能够使材料质量有很大的提升，但若无法很好地把握施工技术技巧，便会造成加工质量问题，尤其是切削温度以及切削速度控制方面，虽然目前我国已经加大了资金、技术以及人才方面的支持，使机械行业的发展更加可观，但依然有不小的上升空间，因此相关机构和人员应加强此方面的研究。

[1]刘刚,张恒,王亚飞,周兰,高凯晔,柯映林,卢大伟.碳纤维增强复合材料螺旋铣孔切削力及加工质量研究[J].复合材料学报,2014,(05)05：1292-1299.

[2]陈燕,葛恩德,傅玉灿,苏宏华,徐九华.碳纤维增强树脂基复合材料制孔技术研究现状与展望[J].复合材料学报,2015,(04)02：301-316.

[3]王昌赢,文亮,明伟伟,安庆龙,陈明,张烘州.碳纤维增强复合材料铣削加工技术研究进展[J].航空制造技术,2015,(11)14：76-80.