纖維復(fù)合材料在許多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用,是一種具有環(huán)保效用的復(fù)合材料,但是其在使用過(guò)程中也存在一些缺陷和問(wèn)題,本文就對(duì)此加以分析與探討。
《化工新型材料》(月刊),國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行。《化工新型材料》系中國(guó)化工信息中心主辦的化工科技信息刊物,創(chuàng)刊于1973年,為中國(guó)學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)源期刊、中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤版)入編刊物。
隨著國(guó)家對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視,纖維復(fù)合材料這一環(huán)保概念受到了各行各業(yè)的廣泛歡迎,包括化工、機(jī)電、船舶以及航空行業(yè)。使用纖維復(fù)合材料不僅可以降低商家加工的成本,還可以為當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境帶來(lái)積極的影響,但在實(shí)際的施工應(yīng)用中,纖維復(fù)合材料在切斷加工以及外圓表面加工處理和鉆孔方面存在操作問(wèn)題,限制了纖維復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用,為解決其中存在的缺陷,本文分析了復(fù)合纖維材料存在的缺陷以及產(chǎn)生缺陷的原因,并提出解決方案,提高了復(fù)合纖維材料的利用率以及加工質(zhì)量,為復(fù)合纖維材料的廣泛應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。
1纖維復(fù)合材料存在切斷缺陷的原因以及改進(jìn)的措施
纖維復(fù)合材料在使用的過(guò)程中存在著高強(qiáng)度、耐高溫腐蝕的特點(diǎn),在化工、機(jī)電以及船舶航空之中有著廣泛的應(yīng)用,但是在進(jìn)行纖維復(fù)合材料加工的時(shí)候,諸多加工環(huán)節(jié)具有較大的難度,尤其是纏繞成型工藝加工,常常會(huì)出現(xiàn)加工切斷的問(wèn)題,此時(shí),若纏繞制品出現(xiàn)內(nèi)壁拉絲的問(wèn)題,會(huì)導(dǎo)致在進(jìn)行快切斷制品的時(shí)候出現(xiàn)最內(nèi)層纖維存在剝落的情況,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)扇舾衫w維沿著纏繞角方向出現(xiàn)內(nèi)壁拉絲。出現(xiàn)該問(wèn)題的主要原因是切削加工刀具的時(shí)候?qū)植坎牧显斐闪溯^大的壓力,切削的壓力大于復(fù)合材料每層之間的粘貼強(qiáng)度,對(duì)纖維層間之間的黏貼能力造成損害,形成了纖維層之間的剝離問(wèn)題。為了解決該問(wèn)題,切段時(shí)對(duì)分層纖維之間的分層現(xiàn)象需要重點(diǎn)處理,必要的時(shí)候可以采用漲環(huán)撐實(shí)內(nèi)壁的方式,有效地處理纖維分層的問(wèn)題。提高漲環(huán)對(duì)復(fù)合纖維內(nèi)部的切斷部位的外觀形成有積極影響,但是會(huì)造成纖維易斷,為了避免該現(xiàn)象,應(yīng)當(dāng)在纖維復(fù)合材料加工的時(shí)候沿著纏繞角方向進(jìn)行內(nèi)壁拉絲;并在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)加工的過(guò)程中,為了提高纖維層各層之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度,應(yīng)適當(dāng)?shù)亟档蛷?fù)合材料的轉(zhuǎn)速。另外,還可以使用角向磨光機(jī)來(lái)改裝加工機(jī)械,使加工件與角向磨光機(jī)的轉(zhuǎn)速相互磨合,利用角向磨光機(jī)的反方向來(lái)切斷纖維層,確保復(fù)合纖維的切口整齊、平整。
2纖維復(fù)合材料在外圓件加工過(guò)程中存在的缺陷及其原因
纖維復(fù)合材料在制作成纖維纏繞成型的制品之后,容易出現(xiàn)機(jī)械加工的問(wèn)題,為了避免這些問(wèn)題對(duì)復(fù)合纖維材料造成質(zhì)量問(wèn)題,在容易出現(xiàn)問(wèn)題的外圓加工環(huán)節(jié),應(yīng)當(dāng)注意加工縱向?qū)樱纳浦破繁砻娴拇植诔潭。在進(jìn)行復(fù)合纖維材料加工,尤其是加工環(huán)向?qū)拥臅r(shí)候,容易對(duì)環(huán)向?qū)永w維造成外力剝離,使得纖維復(fù)合材料的外觀出現(xiàn)凹陷問(wèn)題。為了避免這一問(wèn)題,應(yīng)當(dāng)在纖維復(fù)合材料加工機(jī)械磨刀的時(shí)候,考慮加工刀刃的刃線,最佳的刃線形狀為圓弧型,這樣不僅可以減少刀具的磨損,還可以使加工后的復(fù)合纖維材料具有很光滑的外觀。
3纖維復(fù)合材料加工在鉆孔過(guò)程中存在的缺陷問(wèn)題及其原因
在進(jìn)行復(fù)合纖維材料加工的時(shí)候,纏繞制品的鉆孔容易出現(xiàn)分層以及毛邊的問(wèn)題。這些加工制品在制作的時(shí)候,鉆孔的周圍出現(xiàn)纖維白毛,即加工對(duì)內(nèi)部造成了損害,不僅纖維出現(xiàn)發(fā)白的現(xiàn)象,且鉆孔的內(nèi)壁也十分粗糙。在處理鉆孔內(nèi)壁出現(xiàn)纖維白毛的情況時(shí),應(yīng)當(dāng)仔細(xì)觀察纖維出現(xiàn)白毛現(xiàn)象的原因,如果是纖維復(fù)合材料的內(nèi)部出現(xiàn)乳膠層被破壞的現(xiàn)象,說(shuō)明進(jìn)行機(jī)械加工的時(shí)候鉆孔鉆頭的前角角度比較大,超過(guò)了正常值(120°),給鉆孔內(nèi)壁造成了較大的壓力,使得復(fù)合纖維材料在經(jīng)過(guò)鉆孔機(jī)進(jìn)口的時(shí)候受到了較大的壓力,導(dǎo)致纖維與基體呈現(xiàn)剝離現(xiàn)象。而一旦纖維復(fù)合材料的出口材料處呈現(xiàn)剝離現(xiàn)象,就會(huì)引起復(fù)合纖維材料孔周邊光滑度不足以及毛邊現(xiàn)象嚴(yán)重的問(wèn)題,這時(shí)需要調(diào)整加工機(jī)械的鉆頭前角刀刃線,使得復(fù)合纖維材料纖維絲角度與之形成垂直切割的關(guān)系,并采用鋒利的鉆頭進(jìn)行加工操作?梢栽阢@頭的出口處使用密度板或高密度板進(jìn)行頂緊操作,確保復(fù)合纖維材料不會(huì)出現(xiàn)分層的問(wèn)題,有效提高鉆孔加工中的操作效率,提高鉆孔加工的質(zhì)量。
4優(yōu)化纖維復(fù)合材料高效加工的對(duì)策
(1)在纖維復(fù)合材料鉆孔的時(shí)候采用以磨代鉆的方式。由于纖維復(fù)合材料對(duì)于加工技術(shù)有很高的要求,并且纖維復(fù)合材料具有材料強(qiáng)度大、發(fā)熱嚴(yán)重的缺點(diǎn),因此在進(jìn)行鉆孔操作的時(shí)候可以使用電鍍超硬磨料鉆磨刀具,這一類型的刀具可以以磨代鉆,確保每一個(gè)刀具內(nèi)的磨粒都有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)軌跡,運(yùn)動(dòng)軌跡最佳的形狀是螺旋線。在確定使用何種刀具的時(shí)候,刀具端面上的磨粒要以主切為主要操作,并且磨粒多是由負(fù)前角組成的,該類型的刀具以超大的負(fù)前角以及較高的速度切入復(fù)合材料內(nèi)部,使得刀具內(nèi)的磨粒與復(fù)合纖維進(jìn)行充分的摩擦以及擠壓,對(duì)復(fù)合纖維和基體的形狀產(chǎn)生良好的影響,使纖維復(fù)合材料的形變阻力不會(huì)加大,所制作出的鉆孔的毛刺數(shù)量很少,鉆孔的形狀也非常的完整,促進(jìn)纖維復(fù)合材料的加工質(zhì)量水平不斷地提高。
(2)使用新型的PCD刀具處理纖維復(fù)合材料進(jìn)行加工處理。纖維復(fù)合材料在進(jìn)行加工的時(shí)候常常會(huì)使用鈦合金復(fù)合構(gòu)件,這兩類材料之間存在較大的性能差異,無(wú)法順利地完成加工操作,為了解決該問(wèn)題,可使用聚晶金剛石材料實(shí)現(xiàn)高溫下的復(fù)合材料加工。PCD刀具不僅可以耐高溫,還具有很高的耐腐蝕性及導(dǎo)熱性,滿足纖維復(fù)合材料的加工需求并適應(yīng)機(jī)械設(shè)備的材料特性。在高溫的環(huán)境下,PCD刀具能夠?qū)⑽⒚准?jí)的金剛石顆粒與Co金屬以及Ni金屬粉末均勻地混合在一起,將碳化鎢基礎(chǔ)材料燒制成為全新的刀胚材料,滿足碳纖維復(fù)合材料的加工質(zhì)量要求,并適合鈦合金鉆機(jī)的應(yīng)用特征。
(3)使用紅外檢測(cè)的方式優(yōu)化纖維復(fù)合材料的制品檢測(cè)。纖維復(fù)合材料在加工的時(shí)候很容易產(chǎn)生脫黏缺陷的問(wèn)題,造成集中現(xiàn)象,對(duì)纖維復(fù)合材料的使用產(chǎn)生很大的影響。為了提高纖維復(fù)合材料的使用強(qiáng)度,可以采用紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)加工完成的纖維復(fù)合材料進(jìn)行質(zhì)量狀況檢測(cè)。脈沖紅外熱波檢測(cè)技術(shù)即利用高能脈沖熱源,對(duì)纖維復(fù)合材料加工之后的纏繞進(jìn)行缺陷分析。在已知纖維復(fù)合材料的熱屬性系數(shù)之后,可以通過(guò)測(cè)量纖維復(fù)合材料成品的表面溫度來(lái)確定材料的溫度場(chǎng)變化以及變化的時(shí)間,以計(jì)算纖維復(fù)合材料制成品存在的缺陷深度。當(dāng)纖維復(fù)合材料的熱屬性系數(shù)不確定的時(shí)候,可以使用脈沖紅外熱成像技術(shù)對(duì)纖維復(fù)合材料的內(nèi)部進(jìn)行缺陷檢測(cè),借助平板材料的脈沖熱源進(jìn)行缺陷深度計(jì)算。
5結(jié)語(yǔ)
對(duì)纖維復(fù)合材料中纏繞制品的機(jī)械加工工藝存在的問(wèn)題進(jìn)行原因分析,并針對(duì)常出現(xiàn)的基礎(chǔ)纖維復(fù)合材料加工問(wèn)題提出新興技術(shù)解決措施,包括加工纖維復(fù)合材料過(guò)程中鉆孔技術(shù)的改良、刀具的優(yōu)化以及利用脈沖紅外檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行加工后的缺陷檢測(cè),優(yōu)化了纖維復(fù)合材料的加工工藝,大大提高纖維復(fù)合材料的加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
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