纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械加工技術(shù)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(qiáng)復(fù)合材料，已在各個領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。本文從纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的加工特性出發(fā)，分析了當(dāng)前纖維增強(qiáng)復(fù)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(shù)，希望為相關(guān)人員工作的開展提供一些理論幫助。

關(guān)鍵詞：纖維增強(qiáng);復(fù)合材料;機(jī)械加工

引言：

近些年，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料逐漸開始得到了大家的廣泛關(guān)注，由于其性能強(qiáng)、質(zhì)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(qiáng)復(fù)合材料的加工技術(shù)，可仍然有許多不利因素影響著復(fù)合材料的質(zhì)量。

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的加工特性

1.1 分層破壞嚴(yán)重

從纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的加工特性來看，最主要的就是材料的分層破壞嚴(yán)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(shè)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(dǎo)致復(fù)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(yán)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(fù)合材料的加工產(chǎn)生負(fù)面的影響。

1.2 刀具磨損嚴(yán)重

除了分層破壞嚴(yán)重之外，對于刀具磨損嚴(yán)重也是纖維增強(qiáng)復(fù)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(guān)，對于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料來說，主要的加工技術(shù)便是切削技術(shù)，而刀具需要在復(fù)合材料之間大量、反復(fù)地摩擦，因此刀具的溫度會在摩擦的短時間內(nèi)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(jī)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(yán)重影響了刀具的使用壽命。另外還有一個問題，就是在機(jī)械對復(fù)合材料進(jìn)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(yīng)力

在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的組成中，主要分為兩個基礎(chǔ)部分，一類為基體樹脂，另一類為增強(qiáng)纖維，這兩部分在化學(xué)性質(zhì)方面及形狀材質(zhì)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(fù)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(qiáng)復(fù)合材料的加工中會有殘余應(yīng)力的產(chǎn)生

2、不同纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械加工技術(shù)分析

2.1 芳綸纖維增強(qiáng)材料

芳綸纖維增強(qiáng)材料是一個比較重要的材料種類，屬于熱塑性樹脂復(fù)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(dǎo)致基體出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，對材料的性能與質(zhì)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)，刀具的刃口不能過鈍，而且還需要排屑槽，當(dāng)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(jìn)行替代，在運用刀具進(jìn)行加工的同時，還應(yīng)加強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)行清理，使其產(chǎn)生堆積，就會對復(fù)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(nèi)部的空間能夠容納大量的廢屑[1]。

2.2 玻璃纖維增強(qiáng)材料

在對于玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械加工過程中應(yīng)綜合考慮材料的材質(zhì)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(dǎo)致材料的切削性能存在不同，從傳統(tǒng)對于玻璃纖維增強(qiáng)材料進(jìn)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(yán)重的損害。因此在對于玻璃纖維進(jìn)行加工時應(yīng)選用質(zhì)量更好、性能更強(qiáng)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(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料的制成以金屬材料為主，該材料經(jīng)過機(jī)械加工后，會使其抗剪切強(qiáng)度得到有效提升，并增加其抗疲勞性能，讓它更好地在導(dǎo)熱、導(dǎo)電方面發(fā)揮作用，同時金屬基復(fù)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(jìn)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(qiáng)材料

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在眾多材料中是結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜、加工最為困難的，由于碳纖維增強(qiáng)材料結(jié)合強(qiáng)度過小并且不均勻，使得在對其進(jìn)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(fù)合材料加工的過程中，摩擦力會進(jìn)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(jìn)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(shù)，從而增強(qiáng)碳纖維增強(qiáng)材料的加工能力[3]。

在對碳纖維增強(qiáng)材料的刀具選用方面，被加工材料的質(zhì)量建會根據(jù)相關(guān)條件的變化而產(chǎn)生相應(yīng)的改變，在經(jīng)過機(jī)械加工后的談纖維增強(qiáng)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(zhì)量就會越高。對硬度較高的合金類刀具進(jìn)行操作時，切削速度切記不可以太高，速度過高極易導(dǎo)致刀具與材料的接觸面溫度急速升高，進(jìn)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(zhì)量，在相關(guān)工作人員從日常工作當(dāng)中總結(jié)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(jìn)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(jìn)行切削，以保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

結(jié)論：

綜上所述，根據(jù)當(dāng)前復(fù)合材料應(yīng)用的范圍來看，進(jìn)一步加深對纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械加工技術(shù)分析有著重要的意義，復(fù)合材料的質(zhì)量優(yōu)于以往的單一材料，因此，相關(guān)研究人員更應(yīng)進(jìn)一步完善其加工技術(shù)，讓其在質(zhì)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(zhì)復(fù)合材料。

參考文獻(xiàn)

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

[2]寧蒙川.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械加工技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)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(xué)校：江蘇大學(xué)在校，學(xué)歷：本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計制造專業(yè)。