王莉

摘要：復合材料具有高強、耐磨性等特性，并已經(jīng)應用于航空航天、電子電氣等諸多的領(lǐng)域。這也使得越來越多的學者開始研究復合材料加工工藝。他們做了很多關(guān)于復合材料刀具的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計、切削機理等方面的研究，并都得到了很好的成果。在本文，筆者主要分析復合材料的加工技術(shù)，主要從加工方法、切削刀具、切削參數(shù)等角度解決復合材料加工技術(shù)的難點問題。

關(guān)鍵詞： 復合材料加工技術(shù)加工難點 材料切削 零件結(jié)構(gòu)工藝性差

中圖分類號TU5文獻標識碼A

1 前言

碳纖維復合材料尤其是高性能、耐高溫碳纖維復合材料因為它結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性、優(yōu)良的性能、長壽命、減重等，在航空領(lǐng)域應用的越來越廣泛。 加工復合材料是當前復材零件使用過程中周期比較長、成本比較高、風險比較大的工序之一。 在我國構(gòu)建復合材料產(chǎn)業(yè)鏈還存在相當大的缺失，相關(guān)的配套加工技術(shù)也不太成熟，在復合材料的加工技術(shù)研究方面所投入的人力物力也相對不夠，跟國外比較先進的機械切削加工技術(shù)研究相比有相當大的差距。正是因為復合材料在各方面日益廣泛的應用，才使其加工工藝的研究受到越來越多的關(guān)注。

2 復合材料加工技術(shù)的分析

復合材料是一種多相材料，所謂多相是指兩種或者兩種以上的組織或者化學性能的材料，而復合材料就是將多相材料經(jīng)過各種加工方法加工而成。復合材料所含有的兩相為增強相與基體相。復合材料有兩種機械加工方法，即常規(guī)加工和特種加工兩種方法。常規(guī)加工工藝與金屬加工的方法相同，加工方法相對簡單，工藝相對較為成熟。然而，當加工復雜工件的時候會對切削刀具產(chǎn)生很大的磨損，而且其加工質(zhì)量較差而且切削過程中所產(chǎn)生的粉末會對人體產(chǎn)生很大的影響。特種加工工藝過程相對較易監(jiān)控，加工時切削刀具與被加工工件接觸量很小甚至為零，這對自動化加工非常有幫助。但因為復合材料自身的復雜性，特種加工的應用受到限制，所以相對而言，常規(guī)加工應用較多。

2.1 復合材料常規(guī)加工技術(shù)的研究

在復合材料加工初期，所采用的加工方法一般是金屬材料的加工方法。隨著復合材料的種類增多，加工過程當中出現(xiàn)了很多的問題，例如刀具磨損較快等，這就要求復合材料的加工技術(shù)面向多樣化。后來，國內(nèi)外很多的學者相繼提出了一些關(guān)于復合材料加工的方法，并在原有方法的基礎(chǔ)上提出了進一步改進復合材料切削工藝以及更新切削刀具等一系列的觀點。直至后來，Koplev進行了很多的實驗，認為復合材料切屑的形成其實就是其斷裂過程的發(fā)生，而這個觀點后來也得到很多人的認可。自此，很多學者開始把重點轉(zhuǎn)向切削刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計等。

2.2 復合材料特種加工技術(shù)研究

復合材料常規(guī)加工過程中會對切削刀具產(chǎn)生很大的磨損，而且其加工質(zhì)量較差而且切削過程中所產(chǎn)生的粉末會對人體產(chǎn)生很大的影響。此外，常規(guī)加工方法加工復雜工件也較為困難。而特種加工工藝過程相對較易監(jiān)控，加工時切削刀具與被加工工件接觸量很小甚至為零，有利于自動化加工，而且隨加工工件的切割面所產(chǎn)生的損傷很小，所以，被加工工件形變量會非常小。目前常用的復合材料特種加工方法主要有：超聲波加工以及電火花加工等等。

3復合材料加工難點分析

3.1材料切削性能差

復合材料在其密集處的脆性較大，所以切削較易崩裂，而在小分子區(qū)域，分子結(jié)合力很小，切削更易崩裂；而纖維密集處不容易被切斷，此時若切削刀具不夠鋒利而切削過程當中的切削進給量又過大，這樣，材料纖維極易被成片扯離而發(fā)生一系列的缺陷。復合材料強度較大，切削性能也很差，在切削過程中更易發(fā)生“起毛”和“扯離”。同時，在復合材料加工過程當中，刀具較易磨損而變鈍，這既會對被加工件的表面質(zhì)量及尺寸精度產(chǎn)生很大的影響，還會降低材料加工效率。總之，正是由于復合材料本身的組成及其特性，而使其切削性能較差。

3.2零件結(jié)構(gòu)工藝性差

有很多零件都呈回轉(zhuǎn)體形狀，其主要是由柱、錐、曲面等所組成的，零件的主要的工作面大多是尖邊結(jié)構(gòu)，由單個圓孔或者錐孔等所形成，而這會嚴重影響復合材料的加工，而導致其在切削過程當中極易出現(xiàn)翻邊以及崩邊。

4 解決復合材料加工問題的措施

4.1改進毛坯結(jié)構(gòu)和模壓成型工藝

為了有利于材料加工，就要對結(jié)構(gòu)進行改進，主要方法就是減少直角邊，在臺階處要選擇光滑連接并且應盡量減少尖角結(jié)構(gòu)。研究表明影響復合材料切削性能的一個很大的方面就是其組織的均勻性，此外，模壓過程當中的預浸料預烘環(huán)節(jié)的均勻性也是影響復合材料切削性能的一個主要因素。

4.2選擇合適的刀具與切削參數(shù)

由于復合材料本身的特性，在進行復合材料切削加工時所用的切削刀具硬度要高，同時還要滿足耐沖擊以及耐磨等條件。而硬質(zhì)合金作為一種能承受較大沖擊負荷的材料可以同時滿足上述條件。此外，人造金剛石以及立方氮化硼都是超硬的材料，所以可以用這三種材質(zhì)刀具進行切削，同時選擇合適的速度及進給切削參數(shù)。

4.3優(yōu)化加工方法

研究各種加工方法可以減少復合材料加工問題的發(fā)生，通過對復合材料進行各方面的分析研究，筆者總結(jié)出如下幾個方法：

（1）合理編排切削路徑。

在復合材料的加工過程當中，如果被加工件的切削部位受到很大的拉應力會使其發(fā)生“翻邊”、 “崩邊”等現(xiàn)象。所以，在進行切削的時候要按“入體”的切削路徑進行切削。

（2）設(shè)置工藝槽，防止零件崩邊。

由于亂纖維復合材料在鉆頭的鋒利程度上受到限制，不適合采取普通的鉆孔方法進行加工通孔。但是可以用增加工藝槽的方法，這樣就可以有效地防止孔口崩邊現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）采用粗、精加工。

對于亂纖維復合材料的模壓件不適合用大切深的方法進行加工。為有效防止以上問題的發(fā)生，應該盡量增強刀具的耐用度，并盡量提升加工的效率，采用分粗、精加工的加工方法。

5 總結(jié)

通過分析復合材料加工技術(shù)，對復合材料加工技術(shù)也有了一定的了解。筆者認為在今后的研究當中應該在下面幾個方向加以努力：

通過分析復合材料加工技術(shù)，對復合材料加工技術(shù)也有了一定的了解。筆者認為在今后的研究當中應該在下面幾個方向加以努力：

（1）對切削力、復合材料的性能、切削熱溫度場的分布及產(chǎn)生原因進行深入的研究；

（2）對復合材料的加工刀具的材料、幾何參數(shù)進行研究；

（3）對復合材料的特種加工技術(shù)進行研究；

（4）通過研究復合材料的表面質(zhì)量的生成原因，建立一個可以綜合評價其表面質(zhì)量的統(tǒng)一的標準。

參考文獻

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