纤维增强复合材料机械加工技术研究

摘要：本文首先针对纤维增强复合材料的特点进行论述，并在此基础上，讨论了不同类型的纤维增强复合材料的机械加工技术，并提出了在机械加工工程中需要关注的一些细节问题。希望通过此次经验交流，本文能够为相关行业的技术人员带来一定有价值的帮助，同时也期望本篇文章可以发挥出抛砖引玉的作用。

关键词：纤维增强复合材料;加工技术;性能;注意问题

伴随着科学技术的发展，我国对复合材料的使用量呈现逐年增长的态势，在这些复合材料当中，纤维增强复合材料便是较为常见的一种复合材料，它拥有抗磨损能力强、密度较低等诸多优点，因此在我国，纤维增强复合材料正在被广泛运用。但是需要关注的是，这些材料在机械化生产加工的过程中，有着很高的技术含量，因此如何针对机械化加工过程当中的细节进行处理，是该行业相关从业人员必须要思考的一个重要问题。这个问题的解决质量也会关系到纤维复合增强材料在我国今后的推广和普及效果。

一、纤维复合增强材料的特征分析

简单地说，纤维增强复合材料拥有质量轻、强度大的特征，而上述两个特征正是中国材料行业未来重要的指导方向，所以针对增强复合材料的研究有着极为深远的意义。拿我国最为常用的增强复合材料芳纶纤维材料进行分析，其拉伸强度可以达到2701兆帕，拉伸模量可以达到84.4/GPa、延伸率达到了3.2%，密度仅为1.44克每立方厘米。在针对增强复合材料进行机械加工的过程当中，一旦没有进行正确的操作，常常就会出现余热较大、材料在开展切割的过程当中温度过大、切割作业的过程中对刀具产生极大损耗和材料在进行切割过程当中发生分层现象等诸多问题。因此增强复合材料的机械加工对于操作技术和锁使用的机械设备上都有着很高的要求，在开展增强复合材料切割的过程当中，温度不能够太高，因为纤维增强复合材料与基体材料在受热之后，所发生的膨胀幅度是存在差异的。在材料加工的过程中，若温度太高，就会在材料制作和切割的过程出产生大量的预热，导致纤维增强复合材料出现分层现象。出现这种现象之后，材料自身的强度和性能都会严重下降。

二、不同类型纤维增强复合材料机械加工中的技术要点

1.玻璃纤维增强复合材料的机械加工技术要点。实验研究表明，玻璃纤维增强复合材料在使用的过程中能够显示出较好的抗高温性和腐蚀耐受性，尽管玻璃纤维增强复合材料的硬度较大，并且容易发生脆裂现象，但是它却拥有极佳的透明度，所以在中国地区，玻璃纤维增强复合材料有着较广的运用。在针对这一材料进行机械加工的过程中，需要注意下列技术要点。在对玻璃纤维增强复合材料进行切削的过程当中，技术人员必须要使用金刚石材质的刀具或者氮化硼刀具，因为采用这些材料的刀具之后，不但能够显著提升玻璃纤维增强复合材料切割效率，而且还能够对材料的整体切割质量做出有效的保障。反观在对玻璃纤维增强复合材料的机械生产当中，如果使用高速钢刀刀具进行切割，不仅切割质量无法得到有效的保障，同时还会对刀具产生极为严重的磨损现象，在增加生产企业的成本投入的同时，产品质量还无法得到有效的保障。

2.热塑性树脂基复合材料的机械加工技术要点。所谓热塑性树脂基复合材料即为把热塑性树脂作为基体纤维的纤维增强复合材料。在针对该种材料进行机械加工的过程当中，对于温度有着很高的要求，在我国对这种材料进行机械加工的过程当中，往往会使用到冷却剂来降低加工过程中的环境温度。因为该种材料在机械加工的过程中，若出现温度较高的状况，其硬度便会大幅度降低，严重时可能还会出现材料被烧焦的情况。而在针对该材料进行切割作业的过程当中，必须要在切割道具上预留足够的排屑槽。同时需要选择使用高速刀具来完成热塑性树脂基复合材料的切割作业，而且所选择的道具需要较为锋利，目前国内在针对该材料进行机械加工的过程当中，使用刀具材料最为常见的是碳化钨道具与金刚石道具。伴随着中国科学技术的不断进步，还有部分特殊材质的刀具也在针对热塑性树脂基复合材料进行切割作业当中进行使用。在开展切割作业的过程当中，技术人员需要将车刀磨出对应的倾斜角，这样可以显著提升对热塑性树脂基复合材料的切割效果。若需要针对热塑性树脂基复合材料进行钻孔作业，麻花钻头往往是最佳的选择，因为麻花钻头不容易使其产生分层现象。

3.金属基复合材料的机械加工技术要点。金属基复合材料就是使用金属或者金属合金作为载体，再在这种材料当中掺入纤维材料由此而构成的一种复合材料。同其他类型的纤维增强复合材料进行对比，金属基复合材料拥有极强的抗切割能力，并且该材料还拥有很强的抗疲劳能力，同时还是电和热的良导体。除此之外金属基复合材料材料对于环境所造成的污染相对较低，所以在中国，该种纤维增强复合材料正在被广泛开发和运用。针对这一材料的机械加工，对于刀具来讲，要求是很高的，当下针对金属基复合材料的切削作业，最常使用的是金刚石刀具，并且根据金属或者合金材料的不同，对于该材料进行切割作业的速度和在进行切割过程中的温度也有着不一样的要求。

三、纤维增强复合材料在进行机械加工的过程中需要关注的问题

综合上文内容，不难发现，在进行纤维增强复合材料机械加工的过程当中，由于材料种类的不同，其加工方式存在有很大的差异性。因此在对于此类材料进行机械加工的过程中，相关技术人员一定要注重对加工技术的不断改良，转变自身一次加工完成的固有观念，使用多次加工的办法来对加工技术进行优化调整，这样方能让纤维增强复合材料的机械加工质量得到大幅度提升。另外，技术人员需要逐渐提升针对纤维增强复合材料的切割速度，因为针对这一类型材料的机械加工质量，往往同切割速度之间存在着极为密切的关联性，随着切割速度的提升，能够显著减低在切割作业过程当中材料的供给量，由此降低在机械加工过程当中对切割力的使用，让纤维增强复合材料的表面质量得到明显的提升。若在进行切割作业的过程当中，对速度进行合理的控制，还能够明显降低在切割作业当中，材料出现分层现象的可能性，提升加工效率。最后，刀具的质量是决定纤维增强复合材料机械加工质量的关键，在原来的机械加工过程当中，常常会发生因为刀具质量不合格而使得机械加工质量受到影响的状况，高速运转的钢制钻头在玻璃纤维增强复合材料的机械加工过程当中往往只可以钻4-5个孔，这在很大程度上增加了材料的加工成本，并降低的加工效率。但是在进行技术改革之后，采用硬度更高的合金钻头能够钻取更多的钻孔（平均数量超过100个）。一些先进发达国家所研制的钻石材质钻头，不但能对钻孔的整体质量进行保障，并且在钻孔的使用寿命上，也得到了巨大的提升。

四、结语

纤维增强复合材料因为其优越的特性，在我国各行各业当中，都得到了较为广泛的使用，但是这些性能材料进行推广普及的过程中，技术难度较高的机械加工成为了阻碍这些材料在我国使用的重要问题。基于此种现状，本文提出了一些较为常见的纤维增强复合材料的加工技术和刀具选择技术重点，希望能够为我国纤维增强复合材料的推广和普及做出自己应有的贡献。

作者:王帅强 单位:西京学院万钧书院

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