基于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械加工技術(shù)

◎林碩

復(fù)合材料在社會(huì)發(fā)展與日常生活中發(fā)揮了不可替代的作用，在科研能力不斷提升的當(dāng)下，新型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料被研制出來(lái)，并在相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而此種材料的工藝較為復(fù)雜，目前所掌握的加工技術(shù)難以確保復(fù)合材料加工效率與質(zhì)量的有效提升?；诖耍侠磉M(jìn)行纖維增強(qiáng)復(fù)合材料機(jī)械加工技術(shù)的優(yōu)化與完善是當(dāng)下機(jī)械制造企業(yè)所面臨的重要研究課題。

一、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能分析

在科技高速發(fā)展的當(dāng)下，復(fù)合材料不斷推陳出新，單一型的復(fù)合材料難以滿足當(dāng)前社會(huì)與市場(chǎng)應(yīng)用需求，大量新型材料不斷被研發(fā)出來(lái)，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的誕生解決了這一難題，并在市場(chǎng)上得到了應(yīng)用與推廣。目前纖維增強(qiáng)材料種類不斷增加，常用的有玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料、以及金屬基復(fù)合材料。但對(duì)這些纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行加工處理時(shí)，對(duì)機(jī)械加工技術(shù)提出了更為嚴(yán)格的要求。針對(duì)不同的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，所需使用的加工工藝也存在較大的區(qū)別。與其他復(fù)合材料相比，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的比模量相對(duì)較大，并且其具有較小的比重與強(qiáng)度值。在眾多優(yōu)點(diǎn)集于一身的同時(shí)，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也有一定的缺陷性問(wèn)題，如在對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行切削時(shí)，切削刀具極易發(fā)生損壞，這會(huì)對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的質(zhì)量產(chǎn)生影響，同時(shí)也使加工成本得以大幅提升，進(jìn)而影響制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。

二、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的加工特性分析

1.會(huì)出現(xiàn)分層破壞現(xiàn)象。

由于脫膠問(wèn)題的存在，會(huì)導(dǎo)致纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在切削過(guò)程中出現(xiàn)分層現(xiàn)象，通常在加工過(guò)程中會(huì)使用膠進(jìn)行復(fù)合材料各個(gè)鋪層的粘合，一旦膠的粘合作用受到影響就會(huì)導(dǎo)致脫膠問(wèn)題的出現(xiàn)。同時(shí)，在切削過(guò)程中所設(shè)置的切削參數(shù)與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的切削加工需求并不一致，也會(huì)引發(fā)分層現(xiàn)象。出現(xiàn)分層現(xiàn)象后，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能會(huì)受到直接影響，可能會(huì)導(dǎo)致該材料無(wú)法正常使用，也為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用留有嚴(yán)重的安全隱患，甚至?xí)l(fā)安全事故問(wèn)題。

2.刀具磨損較為嚴(yán)重。

在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工過(guò)程中，切削加工技術(shù)較為常用，然而在加工之時(shí)，刀具會(huì)與加工材料進(jìn)行直接性接觸而發(fā)生摩擦，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)材料的切削加工。然而在連續(xù)進(jìn)行纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的加工時(shí)，刀具會(huì)出現(xiàn)極為嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象，甚至?xí)?duì)刀具的正常使用產(chǎn)生影響。同時(shí)，切削過(guò)程中，纖維復(fù)合材料被切削掉的粉屑易附著于刀具之上，這會(huì)對(duì)刀具的切削特性產(chǎn)生影響，使之切削時(shí)出現(xiàn)遲鈍問(wèn)題。同時(shí)，由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的硬度較強(qiáng)，因此在切削時(shí)會(huì)對(duì)刀具產(chǎn)生較為嚴(yán)重的損壞。這些問(wèn)題的存在會(huì)影響刀具的正常使用，進(jìn)而縮短刀具的使用壽命。為了正常進(jìn)行纖維增強(qiáng)材料的切削加工，企業(yè)必須及時(shí)進(jìn)行切削刀具的更新，這會(huì)使企業(yè)的加工成本得到一定程度的提升，進(jìn)而影響企業(yè)的最終收益。

3.存在應(yīng)力殘留。

在鉆孔過(guò)程中，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的溫度會(huì)持續(xù)升高，并且不同的纖維材料的系數(shù)也存在較大差異，因此在鉆孔時(shí)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力殘留問(wèn)題。在對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行加工時(shí)，其表面較為粗糙，其加工尺寸較大，因此加工存在較大難度，確保其符合加工標(biāo)準(zhǔn)極為不易。同時(shí)，在溫度作用以及系統(tǒng)差異等多重因素的影響下，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力殘留問(wèn)題。面對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料復(fù)雜的加工過(guò)程，需要對(duì)加工時(shí)各個(gè)層面的加工強(qiáng)度予以高標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控與管理，以免在應(yīng)力作用下而導(dǎo)致材料被破壞，進(jìn)而影響最終的加工質(zhì)量。

三、基于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械加工技術(shù)

1.玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工技術(shù)。

玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在生活中較為常見(jiàn)，其應(yīng)用范圍也較廣泛，其主要的特性優(yōu)勢(shì)有四點(diǎn)，及耐高溫、耐腐蝕、透明性好以及質(zhì)地較硬。玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的致命缺點(diǎn)就是易碎，但卻并不影響其的受歡迎程度。針對(duì)其特點(diǎn)，應(yīng)嚴(yán)格的對(duì)其加工工具進(jìn)行選擇。其中，金剛石刀具的使用較多，效果也比較好，另外也可以利用立方氮化硼道具對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行加工，這種刀具質(zhì)地較為堅(jiān)硬，損傷程度較小，能夠有效提升生產(chǎn)效率與材料質(zhì)量。除此之外，刀具參數(shù)也會(huì)影響材料質(zhì)量，因此應(yīng)對(duì)材料特性進(jìn)行準(zhǔn)確分析，進(jìn)而根據(jù)材料特性設(shè)置合理的刀具參數(shù)。

2.熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料加工技術(shù)。

熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、化工以及航空工業(yè)等領(lǐng)域中。在熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料加工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格把控好加工溫度，如果溫度過(guò)高，會(huì)對(duì)材料性能以及質(zhì)量造成影響。因此，在加工過(guò)程中應(yīng)采用冷卻劑來(lái)進(jìn)行緩解。另外，刀具選擇方面也要按照標(biāo)準(zhǔn)，刀具質(zhì)地不能太過(guò)脆弱，而且一定要選擇較為鋒利的刀具，另外，針對(duì)在切削加工過(guò)程中由于材料碎屑造成刀具損壞的情況，應(yīng)設(shè)置排屑槽。金剛石刀目前我國(guó)熱塑性樹(shù)脂基材料加工使用最頻繁的一種刀具，在一定情況下，也可以利用碳胡化鎢刀具來(lái)代替金剛石刀具。在刀具使用中，一定要注意刀具保養(yǎng)，定期更換刀具。

3.金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)。

金屬及復(fù)合材料主要以金屬材料為主。在對(duì)金屬基復(fù)合材料進(jìn)行加工后，往往具備極強(qiáng)的抗剪切強(qiáng)度，具有很好的抗疲勞性能，另外，還能夠充分的發(fā)揮其導(dǎo)熱與導(dǎo)電作用。金屬及復(fù)合材料最大的特性是具備環(huán)保特性，即在制作和使用過(guò)程中不會(huì)造成環(huán)境污染。但在金屬基復(fù)合材料制造過(guò)程中，要選擇特定刀具，加工刀具往往以金剛石刀具為主，因?yàn)榇说毒呔哂心透邷?、加工速度快的特性。因此，在?duì)金屬基復(fù)合材料進(jìn)行加工時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)溫度或加工速度因素超標(biāo)造成刀具損壞的現(xiàn)象。

結(jié)語(yǔ)：由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有廣泛的應(yīng)用范圍，因此有必要對(duì)其加工技術(shù)進(jìn)行分析與探討。在機(jī)械加工過(guò)程中，存在分層破壞、刀具嚴(yán)重磨損以及應(yīng)力殘留等問(wèn)題，要解決這些問(wèn)題，加工企業(yè)要合理進(jìn)行加工技術(shù)的優(yōu)化，根據(jù)所切削材料的差異而使用不同材質(zhì)的刀具進(jìn)行切削，進(jìn)而促進(jìn)切削加工效率的顯著提升，保證切削質(zhì)量，進(jìn)而為企業(yè)生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益的雙重提升創(chuàng)造條件。