傅建紅

（新余學(xué)院，江西 新余 338004）

金屬?gòu)?fù)合材料是指由兩種或兩種以上具有不同物理或化學(xué)性質(zhì)的金屬材料，在經(jīng)過(guò)復(fù)雜的空間組合及排列之后形成的一個(gè)完整的材料體系。金屬?gòu)?fù)合材料出現(xiàn)以來(lái)，使得金屬、高分子等單質(zhì)材料得到了更加廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)，將各類單質(zhì)金屬材料的研制和使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合，也進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬材料及相關(guān)技術(shù)的升華。當(dāng)前金屬?gòu)?fù)合材料被廣泛應(yīng)用于航空航天、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域當(dāng)中，并且受到了材料界的重點(diǎn)關(guān)注[1]。通過(guò)對(duì)金屬材料的復(fù)合應(yīng)用，不僅能夠提高原本每一種金屬材料的硬度、強(qiáng)度以及耐磨性能，同時(shí)還能夠在一定程度上降低材料塑性。但對(duì)于部分已經(jīng)具備較高塑性的金屬材料而言，其強(qiáng)度和模量通常會(huì)在復(fù)合之后降低。因此，在選擇金屬?gòu)?fù)合材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先明確其應(yīng)用的實(shí)際需要，進(jìn)而通過(guò)選擇不同金屬材料的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)性能的提升。

1 基于金屬?gòu)?fù)合材料的機(jī)械加工方法設(shè)計(jì)

1.1 機(jī)械加工刀具材料選擇

傳統(tǒng)機(jī)械加工方法當(dāng)中采用的刀具通常為鋼質(zhì)和硬質(zhì)合金材料，但這種刀具在應(yīng)用到金屬?gòu)?fù)合材料的加工當(dāng)中時(shí)，很難滿足金屬?gòu)?fù)合材料的切削要求。針對(duì)這一問(wèn)題，本文在設(shè)計(jì)基于金屬?gòu)?fù)合材料的機(jī)械加工方法時(shí)，首先結(jié)合金屬?gòu)?fù)合材料的實(shí)際特點(diǎn)，重新的刀具材料進(jìn)行選擇。本文選擇將新型超硬刀具材料作為針對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料機(jī)械加工的刀具，該材料采用多晶金剛石制成，是在金剛石高溫、高壓狀態(tài)下燒結(jié)而成，在使用的過(guò)程中具備高強(qiáng)度、高韌性的特點(diǎn)，因此適用于硬度和強(qiáng)度均較高的金屬?gòu)?fù)合材料[2]。為提高機(jī)械加工刀具的耐磨性，還需要在使用前，在刀具表面涂抹一層涂層材料，選擇粒度相對(duì)較細(xì)的材料，并確保涂層的厚度在5.8μm～6.5μm范圍以內(nèi)，以此降低刀具表面的摩擦系數(shù)，不能夠提高其抗粘接性。

對(duì)于不同機(jī)械加工階段，也可對(duì)刀具材料進(jìn)行合理選擇。例如，在精銑階段，可采用表面涂有氮鋁化鈦涂層材料的新型超硬刀具；在粗加工階段，由于加工余量相對(duì)較大，因此采用新型超硬刀具材料并不適合這一階段的加工，因此 可先用成本相對(duì)較低的氮化硼銑刀。圖1為機(jī)械加工刀具的磨損位置示意圖。

圖1 機(jī)械加工刀具的磨損位置示意圖

根據(jù)圖1所示內(nèi)容，在進(jìn)行機(jī)械加工的過(guò)程中，刀具的磨損共分為三種情況，分別為刀具主后面磨損、前刀面磨損以及二者同時(shí)磨損。因此，根據(jù)不同的機(jī)械加工操作，在使用刀具時(shí)，應(yīng)當(dāng)在其相應(yīng)的磨損位置重點(diǎn)涂抹涂層材料，從而紡織刀具本身材料受到損傷。

1.2 基于金屬?gòu)?fù)合材料的機(jī)械加工設(shè)備與切削參數(shù)設(shè)置

通過(guò)對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料的性能進(jìn)行分析得出，這種材料在加工郭恒中還存在切削抗力大的問(wèn)題，因此要求在進(jìn)行機(jī)械加工的過(guò)程中加工機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)扭矩需要增加，并且需要減緩走刀的速度。結(jié)合上述要求，首先需要利用粗銑在萬(wàn)能銑上進(jìn)行粗鏜操作，并將其切削參數(shù)設(shè)置為：主軸轉(zhuǎn)速在650r/min～850r/min；進(jìn)給量控制在65mm/min～80mm/min；切削深度控制在1.25mm～1.75mm范圍以內(nèi)。在實(shí)際應(yīng)用中，吃刀深度應(yīng)當(dāng)控制在更深的位置，從而確保刀具不會(huì)受到更加嚴(yán)重的影響，并且刀具還需要始終保持在規(guī)定的鋒利狀態(tài)，以此避免出現(xiàn)金屬?gòu)?fù)合材料在機(jī)械加工的過(guò)程中出現(xiàn)崩角、掉渣等問(wèn)題，影響后續(xù)零部件的加工質(zhì)量。

其次，在利用半精銑加工時(shí)，在數(shù)控機(jī)床上需要對(duì)半精銑的外形、內(nèi)腔以及半徑等參數(shù)進(jìn)行控制，并合理安排銑外形減輕槽的尺寸大小，對(duì)于梯形槽結(jié)構(gòu)其高度應(yīng)當(dāng)控制在70mm～85mm以內(nèi)。

最后，再利用精銑進(jìn)行加工時(shí)，需要在數(shù)控機(jī)床上對(duì)精銑的外形平面以及四個(gè)角的尺寸進(jìn)行控制，在其四個(gè)不同的軸結(jié)構(gòu)上還需要預(yù)留出多個(gè)孔結(jié)構(gòu)[3]。利用精鏜加工時(shí)，應(yīng)當(dāng)找出正圓盤的中心位置，并確保其與主軸結(jié)構(gòu)的中心重合度控制在0.002～0.003范圍以內(nèi)，在確定精鏜四個(gè)軸結(jié)構(gòu)的各個(gè)尺寸后，一次性完成裝夾工作。

由于在實(shí)際機(jī)械加工的過(guò)程中，存在部分零部件結(jié)構(gòu)尺寸較大的問(wèn)題，同時(shí)在高精度的要求下，更需要確保運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)床的穩(wěn)定。因此，在加工時(shí)還需要對(duì)圓工作臺(tái)進(jìn)行調(diào)平處理，并確保其與水平墊鐵之間的共勉角度小于0.003。為進(jìn)一步確保加工質(zhì)量的精度，還需要制作一個(gè)精度相對(duì)較高的測(cè)量塊，將其垂直度和平行度均控制在0.001～0.002范圍以內(nèi)，測(cè)量塊應(yīng)當(dāng)裝在金屬?gòu)?fù)合材料零件的兩側(cè)對(duì)稱中心線上，并將其作為輔助基準(zhǔn)以此實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)態(tài)結(jié)構(gòu)的誤差補(bǔ)償，從而保證兩個(gè)軸結(jié)構(gòu)端孔上的同軸度均為0.02。根據(jù)上述操作完成對(duì)切削參數(shù)的設(shè)置后，還需要在各個(gè)階段將其余量部分盡可能控制在非常小的加工余量，以此確保銑在使用過(guò)程中的切削方向始終保持穩(wěn)定。若在機(jī)械加工過(guò)程中，金屬?gòu)?fù)合材料零部件的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，則還需要將每一個(gè)程序進(jìn)行分析，對(duì)多個(gè)程序進(jìn)行走刀路徑方向調(diào)節(jié)，以此確保機(jī)械加工的質(zhì)量。

1.3 合理選擇金屬?gòu)?fù)合材料裝夾方式

在大部分金屬?gòu)?fù)合材料當(dāng)中都含有硬脆顆粒，同時(shí)加工過(guò)程中會(huì)伴有較大的切削抗力，因此在進(jìn)行對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料的裝夾時(shí)，必須保證裝夾牢靠，防止出現(xiàn)加工零部件的移位現(xiàn)象發(fā)生。因此為了在保證零部件穩(wěn)定，并且防止過(guò)緊的壓力造成零部件出現(xiàn)精度降低的問(wèn)題產(chǎn)生，本文采用多點(diǎn)壓緊的裝夾方式，完成對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料的裝夾。圖2為金屬?gòu)?fù)合材料裝夾方式結(jié)構(gòu)圖。

圖2 金屬?gòu)?fù)合材料裝夾方式結(jié)構(gòu)圖

在傳統(tǒng)裝夾結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)置一塊平行度為0.002的專用壓板，并確保專用壓板在安裝過(guò)程中與螺孔的垂直度在0.004～0.006范圍之間，并在整個(gè)裝夾的過(guò)程中，始終保持專用壓板的壓緊力垂直向下。通過(guò)專用壓板的設(shè)置可以有效解決零部件安裝位置過(guò)高、過(guò)低的問(wèn)題，保證裝夾的精度。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為驗(yàn)證本文上述提出的基于金屬?gòu)?fù)合材料的機(jī)械加工方法在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用性能，選擇某環(huán)類零部件的機(jī)械加工圖紙作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象。分別利用本文提出的機(jī)械加工方法和傳統(tǒng)加工方法按照該零部件加工圖紙所標(biāo)注的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。為確保本文實(shí)驗(yàn)的客觀性，在進(jìn)行加工前，首先選擇多個(gè)該環(huán)類零部件不同結(jié)構(gòu)上的參數(shù)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)比內(nèi)容，分別為零部件兩軸線正交位置角度、零部件兩軸末端位置垂直度、零部件軸端小孔尺寸、零部件軸端大孔尺寸、零部件端止口橫截面長(zhǎng)度、零部件端止口橫截面寬度，分別將不同實(shí)驗(yàn)對(duì)比內(nèi)容編號(hào)為A1～A6。完成兩種機(jī)械加工方法下的操作后，對(duì)其各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并將相應(yīng)技術(shù)要求與測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出如表1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表。

表1 兩種機(jī)械加工方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，與傳統(tǒng)加工方法相比，本文提出的基于金屬?gòu)?fù)合材料的機(jī)械加工方法應(yīng)用下，環(huán)類金屬零部件的格結(jié)構(gòu)尺寸測(cè)量結(jié)果與機(jī)械加工圖紙中相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相差更小，并且誤差精度均控制在合理范圍以內(nèi)。因此，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的基于金屬?gòu)?fù)合材料的機(jī)械加工方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠根據(jù)金屬?gòu)?fù)合材料的特點(diǎn)，通過(guò)更加合理的加工方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬零部件的高精度加工。將該機(jī)械加工方法應(yīng)用于實(shí)際，能夠進(jìn)一步提高金屬零部件加工場(chǎng)的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)開展金屬?gòu)?fù)合材料在機(jī)械加工中的應(yīng)用研究，針對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料的特性，提出一種全新的機(jī)械加工方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了該方法的實(shí)際應(yīng)用性能。通過(guò)新的加工方法的實(shí)際應(yīng)用能夠有效提高加工整體質(zhì)量。但由于研究水平有限，對(duì)于降低機(jī)械加工成本、延長(zhǎng)刀具使用壽命問(wèn)題，還有待進(jìn)一步的摸索和研究。