纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械加工技術(shù)研究

于長(zhǎng)有

摘 要：纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料對(duì)機(jī)械加工的位置要求比較高、加工過(guò)程復(fù)雜、尺寸精度要求較高，導(dǎo)致加工難度較大。因此，應(yīng)根據(jù)既有設(shè)備的特點(diǎn)，改善纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料加工技術(shù)，從而提高機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量。就復(fù)合材料的分類(lèi)和性能進(jìn)行了分析，探討了復(fù)合材料機(jī)械加工技術(shù)，以期提高復(fù)合材料機(jī)械加工的水平。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；機(jī)械加工；加工技術(shù)；切削加工

中圖分類(lèi)號(hào)：V257 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.149

在復(fù)合材料中，一種材料為基料，另外一種材料為增強(qiáng)體，采用科學(xué)的方式組合，可使材料的特性互相彌補(bǔ)，以滿(mǎn)足軍事或生活中的需要。在試驗(yàn)過(guò)程中，常用基料包含非金屬、金屬材料，常見(jiàn)的硬質(zhì)細(xì)料、玻璃纖維、碳化硅纖維和硼纖維屬于增強(qiáng)性材料。

1 復(fù)合材料的類(lèi)型和性能

1.1 復(fù)合材料的類(lèi)型

目前，復(fù)合材料的種類(lèi)較多，通?？砂凑諒?fù)合材料的結(jié)構(gòu)分為4種類(lèi)型，具體如表1所示。

1.2 復(fù)合材料的性能

在全部復(fù)合材料中，應(yīng)用范圍比較廣泛的是纖維增強(qiáng)材料。纖維增強(qiáng)材料的特點(diǎn)是比模量較大、比強(qiáng)度和比重比較小。本文主要分析碳纖維增強(qiáng)材料的機(jī)械加工技術(shù)，碳纖維復(fù)合型材料的切削加工的特點(diǎn)為：刀具磨損比較嚴(yán)重、會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力、材料會(huì)被分層破壞和切削溫度較高。分層破壞是指復(fù)合材料鋪層間的脫膠現(xiàn)象，而脫膠現(xiàn)象與切削參數(shù)緊密相連，如果參數(shù)不合理，則易導(dǎo)致脫膠現(xiàn)象的產(chǎn)生，甚至使材料性能受到較大影響，導(dǎo)致零件報(bào)廢；在切削過(guò)程中，切削溫度不宜過(guò)高，否則，易使增強(qiáng)復(fù)合纖維材料與基體樹(shù)脂的膨脹系數(shù)相差過(guò)大，進(jìn)而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

此外，在刀具切削刃周?chē)^窄的區(qū)域是切削溫度較高的位置，加之碳纖維復(fù)合型材料的導(dǎo)熱性較差，因此，這種熱傳向工件和刀具會(huì)破壞碳纖維復(fù)合材料。

2 復(fù)合材料機(jī)械加工技術(shù)分析

2.1 金屬基的復(fù)合材料加工

金屬基的復(fù)合材料是指基體為合金或純金屬，其增強(qiáng)體一般為顆粒、纖維與晶須復(fù)合的材料。這類(lèi)復(fù)合材料的特點(diǎn)是剪切和橫向強(qiáng)度較高，抗疲勞和韌性等綜合性質(zhì)較好。此外，還具有無(wú)污染、熱膨脹的系數(shù)較小、不老化、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、不吸濕和耐磨等特點(diǎn)。在一些傳統(tǒng)工藝中，通常將金屬基的復(fù)合材料用于加工中，比如磨削、切割、銑削和車(chē)削等。但采用這類(lèi)傳統(tǒng)工藝會(huì)導(dǎo)致機(jī)械磨損，因此，需要選擇鑲含有金剛石、金剛石尖刀具、高速鋼、碳化鎢的工具，且相關(guān)人員要掌握好切削速度，加入潤(rùn)滑劑或冷卻劑等。只有這樣，才可取得更好的加工效果。

2.2 熱塑性樹(shù)脂基的復(fù)合材料加工

熱塑樹(shù)脂基的復(fù)合材料一般是指將熱塑性樹(shù)脂作為基體的一種復(fù)合型材料。在加工這種材料時(shí)，如果溫度過(guò)高，則易使材料的基體燒焦或軟化。為了避免加工過(guò)熱的情況出現(xiàn)，要適當(dāng)添加冷卻劑；在切削過(guò)程中，要保證切削刀具的排削槽有足夠的容量，并保持較快的切削速度；車(chē)刀刀具和刀頭要鋒利，盡可能地使用金剛砂或碳化鎢刀具，部分特殊的塑料可使用高速鋼刀具；車(chē)刀應(yīng)磨成傾角，從而減小刀具的切削力，便于切削。

2.3 玻璃鋼的加工

玻璃鋼的特點(diǎn)包括耐腐蝕、高硬度、易碎、耐高溫、透明性較好等。玻璃鋼種類(lèi)較多，比如塔器、玻璃鋼罐和玻璃鋼管等，根據(jù)樹(shù)脂成分可分為不飽和聚酯樹(shù)脂基、環(huán)氧樹(shù)脂基和酚醛樹(shù)脂基等。玻璃鋼的可切削性與樹(shù)脂基緊密相關(guān)，通常情況下，樹(shù)脂基的不同會(huì)影響玻璃鋼的切削性能。從以往的試驗(yàn)中可發(fā)現(xiàn)，玻璃鋼刀具在高速切削中的磨損非常嚴(yán)重。因此，在切削時(shí)，可換成立方氮化硼刀具或金剛石刀具，使用這些刀具切削玻璃鋼可大大提高生產(chǎn)效率。在選擇刀具的幾何參數(shù)時(shí)，必須掌握科學(xué)規(guī)律，按照材料性質(zhì)選擇。

3 復(fù)合材料機(jī)械的加工

通常情況下，復(fù)合材料機(jī)械加工的流程為：鋸切→磨削→銑削→車(chē)削→切割→仿形銑→鉆孔。而復(fù)合型材料具有更先進(jìn)的加工方法，比如電化學(xué)加工、激光束加工、電子束加工、高壓水切割、電火花加工和超聲波加工等。在加工復(fù)合材料時(shí)，相關(guān)人員要高度重視復(fù)合材料切削的穩(wěn)定性，科學(xué)、合理地選擇切削溫度，并深入分析、研究新型刀具高速切削的方式，從而提高復(fù)合型材料機(jī)械加工的質(zhì)量。此外，還可采用電子顯微鏡觀察碳纖維復(fù)合型材料的孔壁，以探究復(fù)合型材料機(jī)械加工的優(yōu)化方式，確保碳纖維復(fù)合材料機(jī)械加工的順利進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代化機(jī)械加工過(guò)程中常使用復(fù)合材料，而復(fù)合型材料的加工工藝比較復(fù)雜，尤其是在切削時(shí)，切削的溫度、速度等因素會(huì)影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，在復(fù)合材料機(jī)械加工的過(guò)程中，相關(guān)人員要科學(xué)設(shè)定切削的速度和溫度，盡可能避免刀具受到破壞，以確保復(fù)合材料機(jī)械加工的進(jìn)度和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]孫開(kāi)顏，姚偉，高祥政.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料產(chǎn)品加工工藝的改進(jìn)[J].才智，2015，23（02）.

[2]魏仕華.切削加工對(duì)芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（KFRP）構(gòu)件表面質(zhì)量的影響研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2015，13（02）.

〔編輯：張思楠〕