摘要：分析纤维复合材料在切断、外圆加工、钻孔的过程中存在的缺陷及其原因，并提出相应的改进措施，阐述优化纤维复合材料高效加工的对策。
关键词：纤维复合材料；加工工艺；缺陷；解决方案
引言
随着国家对于生态环境保护的重视，纤维复合材料这一环保概念受到了各行各业的广泛欢迎，包括化工、机电、船舶以及航空行业。使用纤维复合材料不仅可以降低商家加工的成本，还可以为当地的生态环境带来积极的影响，但在实际的施工应用中，纤维复合材料在切断加工以及外圆表面加工处理和钻孔方面存在操作问题，限制了纤维复合材料的广泛应用，为解决其中存在的缺陷，本文分析了复合纤维材料存在的缺陷以及产生缺陷的原因，并提出解决方案，提高了复合纤维材料的利用率以及加工质量，为复合纤维材料的广泛应用奠定了良好的基础。
1纤维复合材料存在切断缺陷的原因以及改进的措施
纤维复合材料在使用的过程中存在着高强度、耐高温腐蚀的特点，在化工、机电以及船舶航空之中有着广泛的应用，但是在进行纤维复合材料加工的时候，诸多加工环节具有较大的难度，尤其是缠绕成型工艺加工，常常会出现加工切断的问题，此时，若缠绕制品出现内壁拉丝的问题，会导致在进行快切断制品的时候出现最内层纤维存在剥落的情况，严重时甚至会生成若干纤维沿着缠绕角方向出现内壁拉丝。出现该问题的主要原因是切削加工刀具的时候对局部材料造成了较大的压力，切削的压力大于复合材料每层之间的粘贴强度，对纤维层间之间的黏贴能力造成损害，形成了纤维层之间的剥离问题。为了解决该问题，切段时对分层纤维之间的分层现象需要重点处理，必要的时候可以采用涨环撑实内壁的方式，有效地处理纤维分层的问题。提高涨环对复合纤维内部的切断部位的外观形成有积极影响，但是会造成纤维易断，为了避免该现象，应当在纤维复合材料加工的时候沿着缠绕角方向进行内壁拉丝；并在反复的实验加工的过程中，为了提高纤维层各层之间的联结强度，应适当地降低复合材料的转速。另外，还可以使用角向磨光机来改装加工机械，使加工件与角向磨光机的转速相互磨合，利用角向磨光机的反方向来切断纤维层，确保复合纤维的切口整齐、平整。
2纤维复合材料在外圆件加工过程中存在的缺陷及其原因
纤维复合材料在制作成纤维缠绕成型的制品之后，容易出现机械加工的问题，为了避免这些问题对复合纤维材料造成质量问题，在容易出现问题的外圆加工环节，应当注意加工纵向层，改善制品表面的粗糙程度。在进行复合纤维材料加工，尤其是加工环向层的时候，容易对环向层纤维造成外力剥离，使得纤维复合材料的外观出现凹陷问题。为了避免这一问题，应当在纤维复合材料加工机械磨刀的时候，考虑加工刀刃的刃线，最佳的刃线形状为圆弧型，这样不仅可以减少刀具的磨损，还可以使加工后的复合纤维材料具有很光滑的外观。
3纤维复合材料加工在钻孔过程中存在的缺陷问题及其原因
在进行复合纤维材料加工的时候，缠绕制品的钻孔容易出现分层以及毛边的问题。这些加工制品在制作的时候，钻孔的周围出现纤维白毛，即加工对内部造成了损害，不仅纤维出现发白的现象，且钻孔的内壁也十分粗糙。在处理钻孔内壁出现纤维白毛的情况时，应当仔细观察纤维出现白毛现象的原因，如果是纤维复合材料的内部出现乳胶层被破坏的现象，说明进行机械加工的时候钻孔钻头的前角角度比较大，超过了正常值（120°），给钻孔内壁造成了较大的压力，使得复合纤维材料在经过钻孔机进口的时候受到了较大的压力，导致纤维与基体呈现剥离现象。而一旦纤维复合材料的出口材料处呈现剥离现象，就会引起复合纤维材料孔周边光滑度不足以及毛边现象严重的问题，这时需要调整加工机械的钻头前角刀刃线，使得复合纤维材料纤维丝角度与之形成垂直切割的关系，并采用锋利的钻头进行加工操作。可以在钻头的出口处使用密度板或高密度板进行顶紧操作，确保复合纤维材料不会出现分层的问题，有效提高钻孔加工中的操作效率，提高钻孔加工的质量。
4优化纤维复合材料高效加工的对策
（1）在纤维复合材料钻孔的时候采用以磨代钻的方式。由于纤维复合材料对于加工技术有很高的要求，并且纤维复合材料具有材料强度大、发热严重的缺点，因此在进行钻孔操作的时候可以使用电镀超硬磨料钻磨刀具，这一类型的刀具可以以磨代钻，确保每一个刀具内的磨粒都有规律的运动轨迹，运动轨迹最佳的形状是螺旋线。在确定使用何种刀具的时候，刀具端面上的磨粒要以主切为主要操作，并且磨粒多是由负前角组成的，该类型的刀具以超大的负前角以及较高的速度切入复合材料内部，使得刀具内的磨粒与复合纤维进行充分的摩擦以及挤压，对复合纤维和基体的形状产生良好的影响，使纤维复合材料的形变阻力不会加大，所制作出的钻孔的毛刺数量很少，钻孔的形状也非常的完整，促进纤维复合材料的加工质量水平不断地提高。（2）使用新型的PCD刀具处理纤维复合材料进行加工处理。纤维复合材料在进行加工的时候常常会使用钛合金复合构件，这两类材料之间存在较大的性能差异，无法顺利地完成加工操作，为了解决该问题，可使用聚晶金刚石材料实现高温下的复合材料加工。PCD刀具不仅可以耐高温，还具有很高的耐腐蚀性及导热性，满足纤维复合材料的加工需求并适应机械设备的材料特性。在高温的环境下，PCD刀具能够将微米级的金刚石颗粒与Co金属以及Ni金属粉末均匀地混合在一起，将碳化钨基础材料烧制成为全新的刀胚材料，满足碳纤维复合材料的加工质量要求，并适合钛合金钻机的应用特征。（3）使用红外检测的方式优化纤维复合材料的制品检测。纤维复合材料在加工的时候很容易产生脱黏缺陷的问题，造成集中现象，对纤维复合材料的使用产生很大的影响。为了提高纤维复合材料的使用强度，可以采用红外检测技术对加工完成的纤维复合材料进行质量状况检测。脉冲红外热波检测技术即利用高能脉冲热源，对纤维复合材料加工之后的缠绕进行缺陷分析。在已知纤维复合材料的热属性系数之后，可以通过测量纤维复合材料成品的表面温度来确定材料的温度场变化以及变化的时间，以计算纤维复合材料制成品存在的缺陷深度。当纤维复合材料的热属性系数不确定的时候，可以使用脉冲红外热成像技术对纤维复合材料的内部进行缺陷检测，借助平板材料的脉冲热源进行缺陷深度计算。
5结语
对纤维复合材料中缠绕制品的机械加工工艺存在的问题进行原因分析，并针对常出现的基础纤维复合材料加工问题提出新兴技术解决措施，包括加工纤维复合材料过程中钻孔技术的改良、刀具的优化以及利用脉冲红外检测技术进行加工后的缺陷检测，优化了纤维复合材料的加工工艺，大大提高纤维复合材料的加工效率和产品质量。
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作者：陈雯 单位：西安航天复合材料研究所
