碳纖維增強複合材料(CFRP)，其組成成分介於碳和石墨之間，是一種耐熱性能好，輕質高強度的纖維聚合物，其表現出優良的耐疲勞性和抗腐蝕性，備受新型工業青睞，大量用於建築行業、醫療行業、軍隊設備和航空設備製造業中。CFRP 在加工過程中，基體和纖維存在較爲複雜的內部相互作用，使其物理特性與金屬有較大區別，密度遠小於金屬，而強度大於絕大部分金屬。因爲CFRP 的不均勻性，在加工過程中往往會出現纖維拉出或基質纖維的現象;CFRP 具有較高的耐熱性和耐磨性，使其在加工過程中對設備的要求較高，因爲生產過程中產生大量切削熱對設備磨損較爲嚴重。同時，其應用領域的不斷擴展，要求也越來越細膩，對材料適用性做出要求，對CFRP 的質量要求也越來越苛刻，也致使加工成本上浮，所以，對CFRP 加工技術的研究也顯得非常必要。本文闡述了現階段關於CFRP 加工的5 種主要技術：車削加工、銑削加工、鑽孔加工、磨削加工、超聲振動加工技術。對比各加工工藝，旨在爲選擇更有效合理的加工方法加工CFRP 提供參考。對CFRP 切削理論中，CFRP 的不均勻性和各向異性，導致工件和刀具的相互作用有明顯差異性。透過對CFRP 加工過程中切屑產生以及材料去除的機理分析，更加深刻了解CFRP加工的發展歷程。另外，透過對加工過程細緻化的假設研究，基於現在切削理論，對由於切削產生的切削熱進行分析研究，研究加工時各參數的設定對成品表面質量的影響，並反覆調整覈對參數，以生產出更高標準的產品爲目標，優化現有技術。
1 原理
1.1 纖維取向
纖維取向在CFRP 工件和刀具接觸面的相互作用中會產生重大影響，因此在 CFRP 加工時，有必要明確描述出不同纖維取向。在CFRP 切削過程中，切屑形成和纖維取向密切相關。研究發現，CFRP 工件和刀具接觸面的斷裂是由刀尖所施加的壓力導致的。在多種纖維取向方面，共有 3 種切削機理：①纖維的斷裂沿着纖維和基體接觸面的`方向，即纖維取向是 0°;②刀具剪切時方向垂直於纖維軸，纖維取向爲75° ;③纖維取向爲 90°甚至負角度，纖維方向角度 30°、60°、90°是最關鍵的方向，它們會導致大的切削力和集中磨損及工件破壞，透過增加刀具后角值可以有效地減小進給推力。
1.2 切削熱
在進行切削工作的時候，工件和切削刀具之間摩擦升溫，甚至引起刀具高溫軟化或分解。CFRP 的切削過程是碳纖維斷裂和基體材料去除的複雜過程，且CFRP 導熱性較差，所以在切削過程禁止使用冷卻液，致使產生的切削熱不能快速散出，從而將熱量傳到切削刀具上，使工件的表面熱量更加劇，影響複合材料表面成型，降低了複合材料使用中的性能。大量切削熱也加劇了切削設備的磨損，使其使用壽命大打折扣。
1.3 刀具磨損機理
之所以說CFRP 屬於難加工材料，其主要的原因還有就是對刀具磨損非常迅速，刀具的更換週期相當短。其加工進程中對刀具的磨損機理爲：工件在刀具上被加工時，二者表面接觸大，在加工過程中，長期的磨損，震動，使刀具上的硬質顆粒偶有脫離，從而形成了所謂的刀具磨損。其磨損類型大致可分爲刀具破壞和磨損。按照磨損的位置不同，磨損又可分爲刀尖磨損、刀具側面磨損、刀具邊緣破壞和邊緣磨損。CFRP 有很多機械加工方法，傳統的方法包括車削、磨削、鑽孔等，非傳統方法包括超聲振動切削加工等。
2 加工技術
2.1 車削加工
車削是在CFRP 加工中應用最多的方法也是最基礎的方法，通常適用於圓柱表面預定公差的實現。適合車削可以應用的刀具主要材料爲：硬質合金或陶瓷以及聚晶金剛石。加工工藝中進刀速率，所切深度，和切削的速度都會影響工件成品表面質量和道具損壞程度，這也是進行技術優化的目標方向。
2.2 銑削加工
銑削通常是對成品工件再加工的一種加工方式，要求的加工精度較高，對複雜工件粗加工後的修繕性的銑削過程。在加工過程中，同樣端銑刀和 CFRP 之間要進行復雜的相互作用，造成CFRP 工件存在沒切斷的纖維紗線以及分層現象。爲減少和避免類似缺陷產生，專家學者進行更細緻的探測發現，只要在加工前期，科學預測切削力和軸分層和未切斷的纖維紗線毛邊的現象時有發生的大小，控制加工工藝偏好設定，將有效減少了毛刺毛邊的產生。故得銑削加工的技術要求：反覆實驗纖維取向，軸向和切向進給速度，形成最佳參數，進行銑削加工。
2.3 鑽孔加工
工件要求螺栓或鉚接裝配時需鑽孔操作。而在CFRP 鑽孔過程中仍然存在一定問題：材料的離層現象，刀具的嚴重損耗以及孔內壁的質量問題。經實驗分析，設定的切削參數、鑽頭的幾何形態以及切削的質量對上訴產生的問題均產生明顯影響。我們通常把損傷區最大直徑和孔徑比率稱爲損傷因子，也是表示分層現象的程度，分層因子越大，表示分層問題越爲嚴重。並且我們透過實驗可以推理，切削過程中推力和分層現象產生也有相互關係，推削力的大小也可表示分層程度。另外，基於相同的鑽孔材料，不同於其他加工方式，鑽孔加工中切削速率不會給切削力產生很大影響。
2.4 磨削加工
通常在船舶製造，航天工業領域，對CFRP 的工件質量要求更爲苛刻。工件精度和質量都要求在較高加工方式下進行，而磨削加工的施工工藝恰恰符合其製造要求。磨削加工件精度要求十分嚴格，需對已經粗加工的工件進行細磨加工。然而，磨削加工CFRP 要比金屬困難和複雜得多，國內外學者也進行了相關研究，設計了一種杯形砂輪，在其內部提供冷卻液對CFRP 進行磨削加工，比較了乾式磨削、外部冷卻液磨削和內部冷卻液磨削 3 種加工方式，結果顯示：內部冷卻液磨削方式加工過程中，附着於砂輪上的基體樹脂明顯減少，砂輪中的磨粒能更有效地磨削纖維且在材料表面不會產生層離或毛刺現象。這種砂輪內部提供冷卻液的方法展示出了更強的冷卻效果，能顯著降低磨削溫度，同時有利於切屑的排出。
2.5 超聲振動加工技術
超聲振動加工機理是建立在傳統加工過程中刀具和工件相對運動的基礎上的，然後在對兩者施加一定的超聲振動，從而生產出性能更優越的複合型材料。該技術屬於對傳統技術的優化，較傳統加工方式，技術更加先進，成品工件表面質量更加細膩，同時也降低裂紋產生的現象，節省了加工成本。有效減低了 CFRP 增強複合材料的加工難度，超聲波的應用，徹底改善了材料去除機理，降低工具和工件相互的摩擦力，減少了工具加工時間，增強了刀具作用力，提高了加工效率，減少了刀具磨損，使工件加工的精度和質量更先進。
3 結束語
透過對CFRP 幾種加工技術的分析研究，闡述了各加工工藝以、優缺點以及適用條件，爲選擇更合適的加工技術提供參考，爲未來CGRP 在更多領域的廣泛應用提供成熟穩定的技術支撐。