纤维增强复合材料的机械加工技术分析

摘要：我国有许多新型材料正伴随着科技水平的不断提高而相继出现，尤其是纤维增强复合材料，已在各个领域被广泛的应用。本文从纤维增强复合材料的加工特性出发，分析了当前纤维增强复合材料在使用中存在的问题，并研究了几种具体的加工技术，希望为相关人员工作的开展提供一些理论帮助。

关键词：纤维增强;复合材料;机械加工

引言：

近些年，纤维增强复合材料逐渐开始得到了大家的广泛关注，由于其性能强、质量好，相比较以往传统的单一材料更适用于现阶段我国各方面的生产生活中，可尽管如今已经研发了新型的纤维增强复合材料的加工技术，可仍然有许多不利因素影响着复合材料的质量。

1、纤维增强复合材料的加工特性

1.1 分层破坏严重

从纤维增强复合材料的加工特性来看，最主要的就是材料的分层破坏严重，一般情况下在加工过程中都要事先做好铺层工作，但如果其设计参数不合理，那么铺层过程中就会使材料受到各方面的力度增加，导致复合材料出现分层破坏的现象。一旦材料遭到破坏产生分层，那么无论分层程度如何，都会对材料的正常使用造成阻碍，使材料的性能降低，造成使用过程中材料的各种安全隐患，严重时还会极大程度损害材料，致使材料无法使用，大大降低了生产效率，对复合材料的加工产生负面的影响。

1.2 刀具磨损严重

除了分层破坏严重之外，对于刀具磨损严重也是纤维增强复合材料的加工特性之一，刀具的运用与加工的成本密切相关，对于纤维增强复合材料来说，主要的加工技术便是切削技术，而刀具需要在復合材料之间大量、反复地摩擦，因此刀具的温度会在摩擦的短时间内快速升高。这种在加工中刀具产生的高温主要会聚集在刀尖位置，并且会在整个机械加工过程中持续地存在，因此对于刀具的磨损率极大，严重影响了刀具的使用寿命。另外还有一个问题，就是在机械对复合材料进行切削的过程中，如果使用刀具的方法不正确，让刀具与碎屑频繁接触，会加剧刀具的损伤以及刃口钝化。

1.3 产生残余应力

在纤维增强复合材料的组成中，主要分为两个基础部分，一类为基体树脂，另一类为增强纤维，这两部分在化学性质方面及形状材质方面都有着极大的不同，特别是在热膨胀系数这一方面有着很大的差异。但是往往对于复合材料的加工都是在高温的环境下，因此这两种材料就会发生受热膨胀的现象。而由于两种材料的膨胀系数不同，使得二者之间膨胀的差异很大，从而让二者受到不同的作用力，使得在纤维增强复合材料的加工中会有残余应力的产生

2、不同纤维增强复合材料的机械加工技术分析

2.1 芳纶纤维增强材料

芳纶纤维增强材料是一个比较重要的材料种类，属于热塑性树脂复合材料，因此在加工时一定要十分注意对其温度的控制，一旦温度过高会导致基体出现软化现象，对材料的性能与质量都造成一定的损害，等到材料冷却成型后会产生一定程度上的形变，影响正常使用，所以一定要注意在加工过程中及时的加入冷却剂起到缓解作用。另外在道具的选择上同样需要符合相关标准，刀具的刃口不能过钝，而且还需要排屑槽，当前我国比较常用的刀具有金刚石刀具，或者采用碳胡化坞刀具来进行替代，在运用刀具进行加工的同时，还应加强对其保养，尽量延长其使用年限，从而降低生产成本。除此以外，在对芳纶纤维增强材料的加工过程中，会不断产生大量的废屑，一旦不及时对其进行清理，使其产生堆积，就会对复合材料正常的生产加工造成影响，所以加工时工作人员须注意及时清理排屑槽，保证内部的空间能够容纳大量的废屑[1]。

2.2 玻璃纤维增强材料

在对于玻璃纤维增强复合材料的机械加工过程中应综合考虑材料的材质特性，由于其中包含着一定的树脂基，而树脂基的差异性就会导致材料的切削性能存在不同，从传统对于玻璃纤维增强材料进行加工的工艺来看，以往普遍使用的高速切削会使刀具受到严重的损害。因此在对于玻璃纤维进行加工时应选用质量更好、性能更强的的刀具，例如金刚石刀具，该类刀具的采用不仅能迅速提升加工的效率，更能让材料本身的作用得到更好地发挥。

2.3 金属基复合材料

金属基复合材料的制成以金属材料为主，该材料经过机械加工后，会使其抗剪切强度得到有效提升，并增加其抗疲劳性能，让它更好地在导热、导电方面发挥作用，同时金属基复合材料具有环保特点，会使材料加工与使用对环境的污染程度降低。但还需注意的是，对于金属基材料进行加工需使用特制的刀具，例如金刚石刀具，该类刀具既符合材料加工的速度，还能承受切削过程中持续升高的温度。

2.4 碳纤维增强材料

碳纤维增强复合材料在众多材料中是结构最为复杂、加工最为困难的，由于碳纤维增强材料结合强度过小并且不均匀，使得在对其进行具体的加工过程中会产生各种各样的问题。另外，在对该复合材料加工的过程中，摩擦力会进一步加大，从而使刀具迅速产生磨损或磨钝，从而使得破损刀具在对材料的加工中无法正常发挥效用，生产处具有缺陷的材料。我国现如今刚刚开始对该金属进行投入使用，因此在日常的不断实际操作中，需要不断完善技术，从而增强碳纤维增强材料的加工能力[3]。

在对碳纤维增强材料的刀具选用方面，被加工材料的质量建会根据相关条件的变化而产生相应的改变，在经过机械加工后的谈纤维增强材料的具体参数影响着其表面的光滑程度。一般情况下，切削的速率越大、力度越大，成品材料的质量就会越高。对硬度较高的合金类刀具进行操作时，切削速度切记不可以太高，速度过高极易导致刀具与材料的接触面温度急速升高，进而对刀具造成磨损。在削切的角度方面，角度的大小会影响材料削切的效果与质量，在相关工作人员从日常工作当中总结出的经验来看，若想削切得到一个良好的效果，就不能让角度超过45°，只有正好45°时，材料才是最完美的。所以，在进行具体加工过程中，一定要注意选用角度，在最优的角度下进行切削，以保证产品的加工质量。

结论：

综上所述，根据当前复合材料应用的范围来看，进一步加深对纤维增强复合材料的机械加工技术分析有着重要的意义，复合材料的质量优于以往的单一材料，因此，相关研究人员更应进一步完善其加工技术，让其在质量方面逐渐提高，从而生产出符合现代化要求的优质复合材料。

参考文献

[1]徐鹤，田桂芝，王琦.纤维增强复合材料的机械加工技术[J].现代制造技术与装备，2019（04）：178-179.

[2]宁蒙川.纤维增强复合材料的机械加工技术研究[J].科技创新导报，2017，14（13）：71-72.

作者简介：杨傲伟，男，江苏省泰州市泰兴市河失镇人，学校：江苏大学在校，学历：本科，研究方向：机械设计制造专业。