磨削加工作为碳纤维复合材料的主要加工方式，其精度和表面质量等指标对碳纤维复合材料的性能有重要影响，但该材料制备过程中影响本身力学性能，再加上层间强度降低，碳纤维强度大，在加工过程中很难保证精度和质量等指标，因此通过磨削热分析对碳纤维复合材料表面质量的影响，确定产生的影响情况，为材料应用提供便利。
1.磨削热对碳纤维复合材料表面质量的试验
1.1试验系统
为提升试验效果，应用MM7132A型精密磨床、K型热电偶、USB8516型数据采集仪、计算机建立试验系统，利用变频器操作MM7132A型精密磨床，可以在转速0-1500r/min的情况下实现无级变速，工作台的进给速度为0-28.8m/min。K型热电偶的测温速度为-75-1370℃，线芯材料是镍铝合金和镍铬合金，热电偶设备是GSILUMONICSJI701型激光器，能量的最大输出值为550W。
1.2实验材料和工具
在试验过程中，主要材料为GC60J砂轮，磨粒粒度和半径分别为60°和1250mm，修整工具是金刚石笔，修整深度大约在0.02mm，重复性修整次数为4次。另外，碳纤维复合材料的纤维型号为T300，环氧树脂体积号为AG-80，纤维比在55%-65%之间，确定为单向铺层，试验件厚度是10mm。
1.3试验方案
试验方法为夹丝测温法，利用单晶云母片进行偶丝的绝缘处理，但考虑到切削液的材料影响，需要将原有磨削方式调整为干磨削，而磨削深度为10、20、30、40、50，砂轮线速度也分别为11.8、15.7和19.6m/s，可以利用不同磨削参数获取不同工艺下的磨削温度，最后通过光学显微镜确定磨削温度变化情况，了解到变化规律以及对表面质量的影响。
1.4热电偶标定
1.4.1动态标定
本次试验方案中，热电偶连接点时间常数较大，所以需要应用温度阶跃法确定时间常数。激光具有短时间加热表面温度的功能，甚至可以在纳秒内完成加热操作，可以将激光作为加热源，在试验中利用激光对传感器进行加热。具体加热处理中先调整激光束，之后照射热电偶连接点表面，连接点表面瞬间进入高温状态，并利用热导方式完成内部热量传递，从而输出电压信号。可以由此构建动态响应曲线图，确定时间常数、激光脉宽度、周期等参数，保证其满足磨削温度试验的需求。
1.4.2静态标定
根据试验需求得知，碳纤维复合材料的温度范围为0-600℃，也需要在该范围内进行标定，在和铂电偶比较中，可以利用回归分析方法确定标定曲线，从而得出热电偶产生的热电式和热端温度曲线，有效确定原始数据和拟合曲线。
2.磨削热对碳纤维复合材料表面质量的具体影响
2.1磨削温度测量曲线基本情况
根据磨削试验了解到，砂轮和工件表面接触后，热电偶丝的两级处于挤压状态，在通电情况下产生电信号，因此根据磨削温度测量曲线得知试件表面温度会在短时间提高，当升高到一定程度后，温度开始进入恒定状态，在砂轮和工件分离后，工件温度逐渐下降，这是因为工件处于自然冷却状态，最终温度降低至室温并维持稳定。
2.2磨削深度、给进速度对磨削温度的影响
根据实验结果发现，磨削深度变大会提高磨削力，进而增大磨削温度，由此磨削深度与磨削温度存在正相关关系，即磨削温度会随着磨削深度的增加而变大。工件给进速度也会对磨削温度产生影响，比如说在磨削参数不变的情况下，磨削温度处于增加状态，二者也存在正相关关系。不过，因为碳纤维复合材料树脂基体的热强度在200-300℃之间，磨削深度小于20时，磨削温度在200℃之下，当磨削深度处于50时，磨削温度也会随之升高，对应温度值将大于300℃。为此，需要在碳纤维复合材料应用中控制磨削温度和磨削深度，以此降低碳纤维复合材料表面产生的不利影响。
2.3砂轮线速度对磨削温度的影响
可以根据试验确定砂轮线速度和磨削温度的关系，已知试件给进速度为14m/min，若是磨削深度恒定，磨削温度会与砂轮线速度呈现正相关关系，当磨削深度为10，砂轮线速度出现变化，但磨削温度并没有明显的上升现象。当磨削深度大于10，磨削温度随着砂轮线速度的增长出现了明显上升，若是砂轮线速度为11.8m/s，磨削深度在50以下，此时磨削温度的范围是0-200℃。若是砂轮线速度上升到19.6m/s，磨削深度达到50，磨削温度将大于300℃，这主要在于工作时间内，磨粒数量增多，产生的划擦和耕犁作用加强，增大摩擦效果，使得磨削温度处于上升状态。因此，要想消除磨削升温对碳纤维复合材料表面产生的不利影响，应降低砂轮线速度。
2.4磨削温度对试件加工质量的影响
2.4.1磨削温度的影响
根据试验得知，磨削参数变化会影响磨削温度，而对于磨削温度上升后与试件表面粗糙度的变化这需要分析表面粗糙度随磨削深度的变化关系以及对应参数下磨削温度的变化规律。试件表面粗糙度随着磨削深度增加而变大，而其他工艺参数也有相近趋势，由此看出，砂轮单位时间内的削余量则会提高，从而增大磨削力和温度，最终降低表面质量。
2.4.2表面质量影响
碳纤维复合材料是由多层纤维丝和树脂构成，但因为树脂、纤维丝的强度和导热性不相同，在磨削过程中温度增加，树脂逐渐软化，也降低了对碳纤维的粘接能力。从而导致表面出现沟痕，影响碳纤维复合材料的表面质量。而且，碳纤维强度高，树脂强度低，在磨削力相同的情况下，树脂的破坏几率更大，容易导致树脂表面出现脱落形成的凹坑，影响表面质量。另外，若是磨削表面出现大面积裸露情况，纤维体粘接作用不强，在磨削热的影响下很可能出现灼烧现象，从而对碳纤维复合材料表面质量产生不利影响。
结语：根据试验研究发现，磨削温度增高，能够降低树脂基体强度和对碳纤维的粘接作用，造成树脂软化现象和灼烧情况。因此，为避免磨削热产生的不利影响，应降低砂轮线速度和工件给进速度，使砂轮线速度小于19.6m/s，工件给进速度也需要维持在20m/min以下，从而合理选择施工工艺，保证对应参数的稳定范围，降低磨削温度对碳纤维复合材料表面温度的影响，为相关应用奠定基础。
参考文献：
[1]杨维学.碳纤维复合材料力学性能试样的加工研究[J].机械制造,2020,58(02):74-76+95.
[2]张辉,吴丹,胡奎,董云飞.机器人打磨碳纤维复合材料构件表面质量研究[J].组合机床与自动化加工技术,2020(11):171-174.