復合材料孔成形過程中機械加工問題探討

王石磊

摘 要：目前隨著材料科學的快速發展，復合材料在越來越多的領域中得到廣泛的應用。在對復合材料的質量進行檢測過程中，孔加工是確保其制品合格率的重要因素。而在進行孔加工時，機械加工是其最主要的手段之一，利用機械加工有效的確保了孔加工的精準性。文章對復合材料缺口孔成形設計時對機械加工的考慮進行了分析，并進一步對影響復合材料制孔質量的因素進行了具體的闡述。

關鍵詞：復合材料；孔成形；機械加工

近年來，在我國的建筑、航空及船舶工程中都應用到了復合材料，隨著復合材料應用范圍不斷擴大，對復合材料制品的需求量也增加。復合材料制品在生產過程中需要對機械加工工藝進行重點關注，這是確保復合材料制品質量的最關鍵環節，特別是在孔加工過程中。由于復合材料在制孔過程中存在著特有的缺陷，極易導致材料出現分層、出口起毛及撕裂的情況，而且產品也容易劈裂，而且在復合材料與其他材料進行連接和配合時則需要利用孔來進行，所以復合材料制品中存在著孔多的情況，而在復合材料成孔的部位也是結構最為薄弱的位置，需要確保其成孔的質量，這是確保復合材料制品合格率的重要的標準。

1 復合材料制品孔成型設計時對機械加工的考慮

1.1 孔的成型方案需要認真斟酌

對于復合材料制孔過程中，對其是否需要選擇機械加工工藝來制孔需要進行充分的考慮，對其結構完整性、技術要求、加工成本及加工時間等方向入手，對其在孔成型過程中需要采取何種工藝進行確定。通常來講，在進行復合材料制品制造過程中，越簡單的工藝及工藝對于復合材料的結構完整性越有利。而且在制品成型過程中，對于可以采用模壓來進行制孔的則盡量不使用機械加工的工藝來進行。對于在與其他部件不需要進行主要連接和配合的制品，而且對孔的要求也不高的情況下，則需要采取其他的成型工藝來進行加工。但對于孔的技術要求較高，而且孔數量較多，需要具有較高精度的情況則需要采用機械加工來進行，這樣不僅可以有效的確保制孔的質量，而且可以有效的提高復合材料零件的合格率。

1.2 孔機械加工時結構的考慮

在進行孔成型操作時，需要確保結構層具有良好的承力能力，因為在孔加工過程中極易導致復合材料結構層的連續性受到破壞，這樣復合材料制品的受力能力和使用壽命都會受到較大的影響，所以為了確保制品能夠更好的滿足使用的要求，則需要確保復合材料的結構層具有良好的承力能力。而且在制孔過程中，對于質量要求較高的孔，則需要在確保其達到技術要求的基礎上，對其易加工性進行充分的考慮。

1.3 產品的結構質量和原材料

復合材料如果纖維浸漬性較好，其空隙率則較小，在這種情況下，產品則更易進行加工，具有良好的加工性能。如利用層壓板來對真空浸漬和模壓成型的材料進行加要，則會具有較好的加工性。而對于玻璃鋼材質制孔，由于其浸漬性較差，所以制孔的合格率則較低。

1.4 加工工藝的選擇

復合材料是由纖維和基體所組成的材料，其結構為二相或是多相，具有非均質和向異性的特點，具有較高的硬度，與傳統的材料具有根本上的區別，所以對其進行加工時，不能將傳統的加工工藝來對其進行加工，需要工程師在對不同要求的孔進行熟悉和了解，從而來確保選擇哪種機械加工方式來確保制品的質量。

2 影響復合材料制孔質量的因素

2.1 工裝

對于工裝的考慮，廣義上講，模具本身也是加工胎具、加工工裝。但是對于孔加工而言，一般都是在制品脫模后加工，加工時需要使用一些專門的工裝卡具進行固定、支撐、連接，以便進行機械加工，加工精度要求高的制品還需要由鉆模保證。對于工裝的設計有以下幾點考慮因素：（1）確定定位基準，這是制孔精度的首要保證。一般首先選擇產品本身精度高的面或孔來作定位基準；（2）夾緊機構的設計，一般而言，機床都有自己的夾緊工具，但是并不是對所有產品都通用，因此需要在工裝上設計夾緊機構，以便于機床上的操作；（3）省時性，在進行工裝設計時，要考慮工裝的易裝卸，并便于工人操作，最好設計成在一個工序就能將零件上所有的孔完成加工，以便節約工時提高工作效率。

2.2 刀具

對于復合材料而言，選用合理的刀具材料、刀具結構及幾何參數是解決復合材料難加工問題的關鍵。不同鉆頭材料、鉆頭后角，以及加工時鉆速的選擇都會對孔的成型質量有不同程度的影響。鉆頭后角角度不同，加工時產生的分層和毛刺問題也會各不同。后角的設定一般根據產品材料、加工厚度、刀具材料來選擇，從而達到最佳加工效果，即鉆孔分層少、毛刺少，且鉆頭磨損量小。對于鉆速而言，高速鉆孔分層小，且孔的質量較好，但是高轉速鉆頭的磨損較快。在選擇轉速時，要考慮鉆孔質量和鉆頭磨損的大小。由于各類纖維增強環氧樹脂、聚酯和乙烯基塑料，硬度高、難切削，并且不能容忍加工過程中的一點點異常偏差，且復合材料產品預加工附加值高，更不允許廢品的產生。因此對復合材料制孔刀具的要求也越來越高，目前市場上的金剛石增強刀具對于加工復合材料具有較好的適應性。

2.3 人為因素

技術工人的加工經驗、對車床的使用情況，以及操作誤差對孔的形位精度也有影響。尤其是加工時對工裝的裝卸，保證定位面、孔，以及夾緊裝置的正確到位。對于新產品加工時有些技術工人按經驗理解工裝的使用情況，有時忽略定位銷的定位作用，只用夾具工具夾緊，從而在加工時，會出現孔的位置出現偏差，使產品報廢，或是忘了使用出口墊塊，從而在加工時出現分層、劈叉等缺陷。導致產品報廢率增加、延誤交貨時間、增加成本浪費。

2.4 維護

對加工工裝、車床、刀具的維護，可使產品在反復加工后，保證其質量要求以及加工效率。一般而言，打孔工裝多采用金屬工件，在使用時容易磨損，因而需要細心維護。同時刀具在使用過程中容易磨損，這是復合材料制孔中常見的問題，因而要及時更換。機床的定期保養和維護，是對孔加工最主要硬件設施的基本保證。

3 結束語

復合材料作為一種混合材料在眾多領域中都發揮非常重要的作用，而在對其應用時需要與其他物件進行有效的連接和配合，所以對復合材料制品具有多孔的要求。而且孔成型過程中往往會選擇機械加工手段來進行加工。由于機械加工在對孔加工時需要對其結構、原材料及加工工藝進行必要的考慮，從而確保所加工出來的孔制品的質量能夠有所保障。同時還要對制品質量產生影響影響的因素進行分析，保證制孔的精度和正確性，使復合材料制品的質量達到所需要的要求。

參考文獻

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