浅谈碳纤维复合材料的机械加工技术
刘津江
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刘津江,. 浅谈碳纤维复合材料的机械加工技术[J]. 新材料,2021.11. DOI:10.12721/ccn.2021.158060.
摘要:
随着经济的快速发展,加快各行各业的发展速度,出现很多先进材料,其中使用最为广泛的为碳纤维复合材料,其属于一种力学性能优势的新材料,由于具有高强度、耐热性,被应用到各个领域。故本文以碳纤维复合材料为核心,简单阐述了碳纤维复合材料机械加工方法分类,并系统性对机械加工技术进行研究,如钻孔机械加工技术等。
关键词: 碳纤维复合材料;机械加工;技术
DOI:10.12721/ccn.2021.158060
基金资助:

引言:伴随着社会的快速发展,生产技术不断提升,对碳纤维复合材料的要求有所提高,促使对机械加工的要求日益增加。而若想满足社生产的要求,应重视碳纤维复合材料机械加工技术,利用当前先进技术,提高机械加工技术水平,并进行科学合理的应用。

1碳纤维复合材料机械加工方法分类

当前,碳纤维复合材料已经被广泛应用到各个领域中,并取得较为明显的使用效果,受到很多行业的喜爱,其具有较好的发展前景。在使用碳纤维复合材料之前,应该对其展开系统化机械加工,确保其可以满足各个方面装配要求。随着科学技术水平不断提高,碳纤维复合材料的机械加工方法日益增多,逐渐向多样化方向发展。若想科学、合理进行机械加工工作,可以从材料的类型、设备情况以及加工工艺等方面系统化考虑,之后再结合碳纤维复合材料的力学性能。

能够将其分成传统机械加工和非传统机械加工类型,其中非传统机械加工包括:高级和混合式。高级机械加工包括水柱切割、激光切割等,传统机械加工包括钻孔、铣削等。每种机械加工方法的优势都各有不同,可以根据具体要求,选择不同的加工方式,如,传统机械加工技术具有投入资金少、实用性高、操作流程简单、对工作人员技术要求较低等特点,其能够满足很多碳纤维复合材料加工要求,但无法对一些形状较为特殊的材料进行加工,同时,在加工过程中,容易促使工件表面质量降低,并产生较多的切屑,还伴随着刀具磨损快等问题[1]

2碳纤维复合材料的机械加工技术

2.1钻孔机械加工技术

当前,钻孔是使用最广泛的碳纤维复合材料机械加工技术,可以具体将其分成以下几种方法。

第一,超声振动钻孔技术。主要将机械加工技术与超声波加工技术相融合,形成一种高效率技术,其以传统的切削机床为工作原理,之后科学、合理应用超声波技术,把其作用充分展现出来。适当采用此种技术,能够有效防止刀具表层发生损坏,减少其使用时间,还能避免加工成果出现撕裂等现象,影响正常使用,不利于超声振动钻孔技术的广泛应用。同时,利用这种技术可以显著增加刀具的使用寿命,并且不会受到天气情况的影响,可以在寒冷环境下开展加工工作,达到预期加工效果。通过合理采用超声波技术,并将其作为辅助削切,不仅能够显著提高碳纤维复合材料的加工质量,还能有效降低刀具出现损坏的概率。相对于传统削切方法,超声振动钻孔技术,主要利用断续性切削,同时,不停歇开展排屑作业,可以很好防止出现温度过高等现象,降低对使用工具的损耗,减少机械加工成本投入,提高利润率。

第二,螺旋铣孔技术。随着经济的快速发展,科学技术水平得到有效发展,出现很多新型机械加工技术,如螺旋铣孔技术。此种技术的加工原理为:刀具运转过程中,在铣孔周围的中轴线不断旋转,并逐渐靠近中轴线而产生的一种螺旋性轨道。相对于其他机械加工技术,此技术具有降低热量快、排屑性能好等特点,同时,还能通过合理调整刀具,满足不同规格和条件的加工需求,显著降低机械加工成本。但由于此技术出现时间较短,缺少相应的理论支持,并处于研发状态中,其实际应用条件还不成熟,若其技术条件完善,螺旋铣孔技术将具有良好的发展前景。

现如今,经过科研人员不断研究,并结合技术的实际情况,建立完善且比例精准的预测模型,促使在具体应用过程中,能够明显提升对碳纤维复合材料的加工质量,加工效果更好,可以达到预期标准。另外,将技螺旋铣孔技术应用到制作孔径较大的材料中,由于其本身具有的优势,使其能够轻松降低轴心力,并可以降低摩擦力,防止刀具出现损伤情况,减少资金投入,全方位提高加工质量[2]

2.2铣削机械加工技术

选用铣削方法对碳纤维复合材料进行系统化机械加工,可以显著提高加工质量,减少资金成本投入。在使用此种技术之前,要求相关技术人员应进行铣削加工试验,铣削机械加工技术水平直接关系到碳纤维复合材料的耐腐蚀性和抗磨性,并且还会很大程度上对刀具和各种参数等产生影响,若想有效提高加工效果,相关工作人员应重视加工试验工作,促使可以科学合理开展铣削加工。加工过程中,对于刀具与各项参数数据来说,被加工材料的质量会伴随着条件的变化而变化,加工材料表面的光滑程度会受到参数的影响,其具体变化规律为:若在机械加工过程中,切削的速度逐渐加快,加工材料的缺陷会逐渐减少,可以保证材料的完整性,避免其表面出现损坏,影响加工质量。同时,若切削的力度越大,能够降低对材料的损伤。

当对一些硬度较高的合金类刀具进行操作时,应该严格把控切削速度,将其控制在合理范围内,速度较快将会导致刀具与材料接触面之间的温度过高,不利于加工正常进行,对刀具造成损耗,正常情况下,对此类材料开展操作时,应将切削的速度设置成40-50m/min,并且每个齿轮的进给量应严格控制。除此之外,还要科学合理选择加工的道具,其直接决定加工的质量和效率,关系到对材料的加工效果。在选择刀具过程中,相关技术人员要结合实际情况,反复多次进行试验,并根据具体加工环境,利用当前先进技术,选择最适合的道具。一般情况下,对碳纤维复合材料使用干切削的方法,在进行此项操作时,会产生较高的热量,导致刀具磨损严重。针对这一现象,工作人员应重点开展研究,查找相关资料,不断完善加工技术,减少对刀具的损耗。

除此之外,在使用铣削加工技术过程中,相关技术人员应重视对铣削刀具的选择。应结合实际加工情况,科学、合理地选择加工刀具,由于操作中会产生较大的热量,可以选择具有耐磨性高、硬度高等特点的刀具,还要保证刀具切点的高峰力度,促使能够对加工材料准确无误进行铣削加工,可以避免毛刺现象的出现。现如今,大多企业在对碳纤维复合材料开展加工作业时,都会选择高硬度的合金类刀具,其表面具有很多被添加低压化学气相沉积的金刚石元素,促使在使用过程中能够快速达到预期效果。

总结:总而言之,伴随着社会的快速发展,对碳纤维复合材料加工技术的要求不断提高,若想其被广泛应用到各个领域,应重视对机械加工技术的研究。因此,相关企业可以适当投入资金,充分熟知各个加工技术的原理和分类,不断提高技术人员的专业水平,加大研究力度,显著提高加工质量,从而获得完美的加工产品。

参考文献:

[1]杨宁芳,陈春飞.一种高承载碳纤维复合材料机架的制造技术[J].电子机械工程,2020,36(3):5.

[2]赵士银,曹点点,王中建,等.浅析碳纤维复合材料芯导线施工关键技术[J].农村电气化,2020,No.397(06):26-28.

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