纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械加工技術(shù)

佛山市華材職業(yè)技術(shù)學(xué)校 石啟成

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械加工技術(shù)

佛山市華材職業(yè)技術(shù)學(xué)校 石啟成

本文簡(jiǎn)要介紹了纖維復(fù)合材料的性能、復(fù)合材料的加工特性以及復(fù)合材料機(jī)械加工技術(shù)，以期能夠?yàn)槲覈?guó)機(jī)械加工技術(shù)方面的發(fā)展提供有價(jià)值的參考。

纖維增強(qiáng)；復(fù)合材料；機(jī)械加工技術(shù)

前言

如今復(fù)合材料得到了很好的應(yīng)用，其無(wú)論在性能中還是發(fā)揮的作用中，均優(yōu)于單一材料。尤其近年來(lái)備受關(guān)注的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其加工工藝更加復(fù)雜，我國(guó)傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)已經(jīng)難以滿(mǎn)足其加工要求。雖然現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)研發(fā)出了新型加工技術(shù)，但在實(shí)際應(yīng)用中依然會(huì)暴露出些許問(wèn)題，嚴(yán)重影響了復(fù)合材料的質(zhì)量，針對(duì)此方面我國(guó)各個(gè)機(jī)械加工企業(yè)也采取了相應(yīng)的措施，但效果并不十分明顯。

1 纖維復(fù)合材料的性能

在眾多復(fù)合材料中，纖維增強(qiáng)材料的優(yōu)勢(shì)最大，因此其應(yīng)用范圍也極為廣泛，但該材料在進(jìn)行加工時(shí)，對(duì)設(shè)備、技術(shù)以及環(huán)境等有更高的要求，其性能優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(qiáng)度較小，在加工時(shí)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(yōu)勢(shì)，其依然存在著較大的弊端，尤其在進(jìn)行切削加工時(shí)，其很容易造成刀具的損壞，也會(huì)導(dǎo)致預(yù)產(chǎn)應(yīng)力的產(chǎn)生，此種情況不僅會(huì)影響材料質(zhì)量，也會(huì)為機(jī)械加工企業(yè)帶來(lái)更多的成本投入。

2 復(fù)合材料的加工特性

2.1 發(fā)生分層破壞現(xiàn)象

產(chǎn)生分層是復(fù)合材料加工時(shí)常見(jiàn)的現(xiàn)象之一，重要原因在于脫膠，因復(fù)合材料鋪層之間往往需要用膠粘結(jié)，但一旦膠力失效或減效，即會(huì)造成脫膠現(xiàn)象?；蚴窃谶M(jìn)行切削時(shí)的參數(shù)設(shè)置不合理，也會(huì)直接導(dǎo)致出現(xiàn)分層現(xiàn)象。對(duì)于復(fù)合材料而言，一旦出現(xiàn)分層勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)材料的性能產(chǎn)生極大的影響，重者會(huì)令整個(gè)材料失去使用價(jià)值，在加工中任何微小的分層都不可以出現(xiàn)，否則在今后的使用中極易導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)[1]。

2.2 刀具磨損嚴(yán)重

鑒于復(fù)合材料的加工往往需要使用切削技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用能夠瞬間產(chǎn)生高溫，且持續(xù)圍繞在刀具切削尖部分，此種情況長(zhǎng)時(shí)間存在會(huì)對(duì)刀具產(chǎn)生很大影響，并且纖維材料中的粉狀屑一旦沾到刀具，也會(huì)導(dǎo)致刀具擦傷刃口遲鈍的現(xiàn)象出現(xiàn)。除此之外，在進(jìn)行碳纖維材料的加工時(shí)，刀具也會(huì)因?yàn)椴牧线^(guò)硬的硬度而出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，以上種種情況均會(huì)使刀具不耐用，而機(jī)械加工企業(yè)若能保證加工質(zhì)量和加工速度，則必須定期購(gòu)買(mǎi)、更換刀具，這會(huì)給機(jī)械企業(yè)造成額外的成本投入。

2.3 產(chǎn)生殘余應(yīng)力

在加工復(fù)合材料時(shí)，其表面尺寸精度、粗糙度等方面往往難以達(dá)到要求，并且時(shí)常伴有殘余應(yīng)力，而導(dǎo)致此種情況出現(xiàn)的主要原因在于溫度過(guò)高，并且增強(qiáng)纖維、基體樹(shù)脂熱膨脹之間存在著巨大的系數(shù)差異。復(fù)活材料的加工并不是一件容易的事，其在加工時(shí)必須注意層間強(qiáng)度，同時(shí)要防止出現(xiàn)分層、撕裂等現(xiàn)象，此種現(xiàn)象在鉆孔時(shí)最顯著，也是影響加工質(zhì)量的重要因素[2]。

3 復(fù)合材料機(jī)械加工技術(shù)

3.1 玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)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(dú)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(zhì)地很硬，卻也容易碎，但并不影響其在我國(guó)的廣泛應(yīng)用。在對(duì)該材料進(jìn)行加工時(shí)應(yīng)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(bǔ)傳統(tǒng)刀具帶來(lái)的損傷，也能夠有效增加生產(chǎn)率提高材料質(zhì)量。另外，能夠影響此種材料加工質(zhì)量的除了使用的刀具外，刀具參數(shù)也是十分重要的因素，應(yīng)根據(jù)各個(gè)材料的特征合理設(shè)置參數(shù)。

3.2 熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料

此種材料在加工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)溫度的重視和控制，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)便會(huì)對(duì)材料質(zhì)量、性能等方面產(chǎn)生影響，針對(duì)此種情況，加工現(xiàn)場(chǎng)往往會(huì)采用加冷卻劑的方式來(lái)緩解。選擇的刀具也要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，刀具不可過(guò)于駑鈍，并且需要排屑槽，目前我國(guó)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(lái)代替，在使用刀具的過(guò)程中，要注重對(duì)刀具進(jìn)行保養(yǎng)，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(fù)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(jīng)過(guò)復(fù)合加工后，能夠有效提升抗剪切強(qiáng)度，并且抗疲勞性能也會(huì)有所提升，其在導(dǎo)電、導(dǎo)熱方面也能夠發(fā)揮很好的作用，另外，該種材料的制作和使用均不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生過(guò)多污染。但該種材料在進(jìn)行加工時(shí)需要特定的刀具，具體以金剛石材質(zhì)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(yīng)切削溫度帶給刀具的影響，在加工時(shí)也不會(huì)因此類(lèi)因素影響刀具的使用。

4 總結(jié)

綜上所述，研究關(guān)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械加工技術(shù)方面的內(nèi)容具有十分重要的意義。如今在機(jī)械加工中，復(fù)合材料的使用十分廣泛，其能夠使材料質(zhì)量有很大的提升，但若無(wú)法很好地把握施工技術(shù)技巧，便會(huì)造成加工質(zhì)量問(wèn)題，尤其是切削溫度以及切削速度控制方面，雖然目前我國(guó)已經(jīng)加大了資金、技術(shù)以及人才方面的支持，使機(jī)械行業(yè)的發(fā)展更加可觀(guān)，但依然有不小的上升空間，因此相關(guān)機(jī)構(gòu)和人員應(yīng)加強(qiáng)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(qiáng)復(fù)合材料螺旋銑孔切削力及加工質(zhì)量研究[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào),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(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料制孔技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào),2015,(04)02：301-316.

[3]王昌贏(yíng),文亮,明偉偉,安慶龍,陳明,張烘州.碳纖維增強(qiáng)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,(11)14：76-80.