纤维增强复合材料的机械加工技术
（南通科威瀚医疗科技有限公司，江苏如东 226400）
摘要：随着我国工业发展进程不断被推进，全新复合形态材料进入企业和人们视野中，为此。本文首先详细介绍了纤维增强复合材料使用特点，并且根据材料应用现状和实际情况，重点分析和探索机械加工技术，从而有效总结出纤维增强复合材料为实际应用方向和策略。
关键词：纤维增强复合材料；机械加工技术；结构分层；安全问题
中图分类号：TB33 文献标志码：A
我国经济实力和科学技术水平得到了全面提升，无论是先进科学技术还是全新生产材料，都得到了全面发展，其中以纤维增强复合材料最为突出，在工业生产中发挥着重要作用和现实意义。纤维增强复合材料在使用过程中，自身不仅具备较高的抗腐蚀性，并且材料生产和应用过程中，完全符合环保的社会发展需求。
1 纤维增强复合材料特点
我国在全新材料加工技术研究过程中，始终秉承着坚持不懈、努力创新的原则，尤其是纤维材料在工业生产和生活应用过程中，是一种全新的复合型产品，得到了企业和个人的广泛应用和推崇。比如：材料在实际加工切削过程中，其温度会快速提升，造成纤维材料的大范围损坏问题、加工热量过度以及材料结构分离相关问题。为了进一步总结出相关应对策略，技术人员需要不断提高自身机械技术水平，有效减少加工过程中所出现问题或者缺陷，最终有效减少系统加工经济支出成本。表1，纤维增强复合材料柔性分量数据[1]。
表1 纤维增强复合材料柔性分量数据
复合材料 Q11/GPa Q22/GPa Q12/GPa Q66/GPa S11/TPa-1 S22/TPa-1 S12/TPa-1 S66/TPa-1
T300/4211 126.9 8.056 2.658 3.7 7.937 125 -2.619 270.3
T300/5222 135.7 9.447 2.645 5 7.407 106.4 -2.074 200
T300/3231 134.8 8.950 2.595 4.7 7.463 112.4 -2.164 212.8
T300/QY8911 136 8.863 2.925 4.47 7.407 113.6 -2.444 223.7
T300/5208 181.8 10.34 2.897 7.17 5.525 97.09 -1.547 139.5
AS/3501 138.8 9.013 2.704 7.1 7.246 111.6 -2.174 140.8
IM6/环氧 204.2 11.26 3.6 8.4 4.93 89.29 -1.58 119.1
B(4)/5505 205 18.58 4.275 5.59 4.902 54.05 -1.128 178.9
2 纤维增强复合材料加工现状
2.1 产生结构分层问题
在碳纤维增强复合材料加工过程中，由于不同加工技术和流程各不相同，所以材料结构分层成为现阶段纤维增强复合材料加工的常见问题之一，其主要原因则在于材料内部结构胶质物质的脱胶问题，加上现阶段大多数纤维增强复合材料各个结构层之间需要胶质粘结，所以一旦胶质物质失去效果或者效果减少，那么会产生脱胶现象。除此之外，纤维增强复合材料进行切削过程中，其系统基础参数设置不合理，同样会直接造成材料结构分层问题。在机械加工过程中，对于复合性材料来说，如果产生分层问题后，必然会对材料的基础使用性能和应用效果产生不良影响，严重时甚至会让材料失去应有的价值，所以机械加工实施过程中，任何微小的结构分层问题都不能出现，否则会在今后的使用过程中造成安全问题或者风险性。
2.2 系统产生残余应力
现阶段在复合材料技术加工过程中，其表面尺寸的精准程度，表面粗糙程度等无法达到标准要求，同时机械系统在操作过程中，经常出现残余的结构应力，其中造成其情况的主要原因则是材料自身的外部温度不断提升，最终导致纤维性增加，与基体树脂热膨胀之间存在着明显的差异性[2]。除此之外，在材料加工过程中，其技术应用极易出现问题和不足，所以系统技术加工时，必须注意材料阶层之间的结构强度，进一步防止出现材料内部的分层、破裂等相关现状，从根本上保证材料加工质量以及实际效果。
在纤维增强复合材料开展机械设备技术应用过程中，实际开展钻孔过程中，材料会随着没有被切削部分逐渐减少，导致材料内部结构强度随之降低，如果此时材料仅剩下外层材料结构时，一旦使用机械加工技术，材料会设备轴向力核心作用条件下，缺少设备结构体应有的支撑，最终被破坏、撕裂。同时，材料产生撕裂问题的主要原因则是由于设备系统上，刀具横刃方向以及主刃方向共同作用下造成的，其中刀具横刃方向在材料生产和加工中，是裂缝产生的主要引导原因，加上刀具横刃在实际开展加工过程中，会对材料产生巨大的压力，加上目前我国工业生产所使用的的纤维增强复合材料的基础属性大多数为脆性材料，因此材料受到刀具巨大压力后，会产生挤压形变，此时一旦挤压超过材料自身所承担的极限数值，则会导致材料失去自身应有的回弹能力，产生损坏现状和问题。
2.3 增加刀具磨损程度
对于碳纤维增强复合材料的机械加工技术来说，其复合型材料一般需要使用切削技术，但是该技术在应用和操作过程中，其温度会瞬间提升，并且其温度会集中在刀具切削尖位置，此种情况如果长时间存在后，会对刀具产生巨大的影响，同时纤维材料内部结构中的粉状物质一旦沾到刀具设备后，同样会造成刀具结构的擦伤，最终造成刃口迟钝等现状。同时，碳纤维材料实际进行技术加工过程中，其刀具设备同样由于材料基础质地，进而出现设备磨损现状，而以上系统磨损现状，都会造成刀具设备使用寿命大幅度减少。机械设备加工过程中，企业若需确保加工质量水平以及加工效率，那么则需要定期更换或者购买全新的加工工具，从而增加了企业的经济成本 [3]。
3 碳纤维增强复合材料加工应用
3.1 铣削加工技术
3.1.1 刀具选择
在碳纤维增强复合材料加工过程中，刀具使用在使用过程中，需要使用各种基础数据参数以及相关信息数据，其中如果被加工材料受到应力，进而产生材料自身较大的结构变化。比如：在纤维复合型材料加工时，如果设备切削速度相对较快，那么其材料加工所产生的缺陷会越小，同样如果设备所使用的基础切削力度不断增加，材料自身所产生的缺陷和问题同样会不断减少。因此，如果在材料加工环节上，使用结构硬度相对较高的刀具，则需要详细调整材料切削速度以及力度，进而有效防止温度过高给刀具带来磨损等相关缺陷，影响刀具使用寿命。
3.1.2 切削角度分析
在对材料切削角度进行详细分析时，经过技术人员的反复测试，得出其材料切削实际角度一旦超过45°，其切削效果就相对较差；角度正好在45°时，材料加工质量水平及效果最好。如果切削角度在直角以及平角之间随意更换后，材料同样会受到不良影响。所以，纤维材料在实际开展技术加工时，同样需要保证材料的正常切削，才能有效提高产品加工质量水平[4]。
3.2 机械钻孔技术
（1）超声振动钻孔技术。在机械钻孔技术应用过程中，其超声振动钻孔技术，进一步将机械加工技术和超声波加工技术相互结合，为此该加工技术主要以切削机床操作技术作为基础环境，并且使用科学、合理的加工刀具设备进行超声波振动。此种技术实施时，能够最大限度减少对刀具的摩擦，降低刀具的损耗。
（2）螺旋铣孔技术。螺旋铣孔技术在实际操作和技术应用过程中，该技术的主要应用原则是用过刀具设备围绕铣孔洞不断进行旋转和技术操作，尤其在靠近中轴线位置时，会产生螺旋外形的运行路径。为此螺旋铣孔技术在纤维增强复合材料的机械加工技术操作环节上，不仅可以有效降低设备所产生的结构热量，还可以在设备结构基础散热方面，以及纤维材料碎屑排放方面产生显著的优点。在碳纤维复合材料钻孔试验中指出，提高钻头转速，可以有效将孔洞位置两侧变化数值降低，而当切削速度与进给速度的比值在 3000 ～ 4000时，撕裂值可以被有效地减小。
螺旋铣孔技术在实际操作时，不仅可以有效满足纤维材料在不同生产条件下、生产规模以及生产环境等方面的技术加工，还可以在纤维复合型材料实际加工和操作流程中，仅仅需要依靠单独刀具设备就可以实现系统的参数调整，最终满足机械加工技术的实际要求 [5]。
针对钻孔技术开展详细研究后，针对钻孔设备开展一系列系统实验，其设备如果达到24000r/min的转速钻进行切，进给速度为24~1440mm/min 之间，在材料进行试验后，最后的出相关结论：当设备加工直径大于 5 mm 的孔时，铣削制孔技术比钻孔技术更加具有技术优势。同时，在纤维增强复合材料的机械加工技术应用中使用螺旋铣孔技术，可以帮助技术人员利用数据测试，建设出相对严谨且标准的数据模型，进而实现在较大设备或者直径条件下，将纤维复合型材料加工、出孔，并且在降低系统设备摩擦力的同时，降低刀具的损坏，进一步提高材料加工质量，为此技术人员在材料加工后期还需要针对各种类型的孔加工技术开展研究。
4 结束语
由此可见，碳纤维增强复合材料具有较强的性能，其主要表现在高强度、耗能低等方面，使得碳纤维增强复合材料在各行各业中得到了广泛应用。但是在推广这些先进纤维增强复合材料时，不同的机械加工技术有着不同的要求，这就需要在利用这些加工技术时，根据自身的需求，加强对相关技术的改进。
参考文献：
[1] 雷伟斌. 探究纤维增强复合材料的性能及机械加工技术[J].粘接,2019, 40(8):76-79.
[2] 徐锦泱、李超、冀敏. 碳纤维增强复合材料/钛合金叠层结构钻削研究进展[J]. 工具技术, 2020,54(12):6-12.
[3] 蒋振邦, 袁松梅, 李真,等. 镁基碳纤维增强复合材料超声辅助切削试验研究[J]. 航空制造技术, 2019, 62(11):55-62.
[4] 殷赳, 范彬. 碳纤维增强复合材料皮秒激光加工的缺陷研究[J]. 科学与信息化, 2020(5):128-129.
[5] 邢开, 徐海兵, 颜春,等. 碳纤维增强高性能热塑性复合材料界面改性的研究进展[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019(5):110-115.
作者简介：缪辉琴（1974—），女，江苏如东人，大专，工程师，研究领域：机械装备的设计及制造研究，机械加工技术研究。
