關于復合材料加工技術的探析

陳建平,張旭剛

（貴州航天天馬機電科技有限公司,貴州遵義,563000）

1 復合材料常規加工技術分析

自從出現復合材料之后，則是將金屬材料切削工藝與加工刀具基本上沿用，而在加工環節當中出現的快速磨損刀具等問題，則是復合材料加工技術面臨的新的挑戰。國內外學術界在二十世紀七十年代之后相繼發表部分針對復合材料加工的課題，提出相應的切削工藝改進與刀具更新的觀點。在這之后，Koplev立足于大量研究實驗提出切削形成復合材料這也就是斷裂材料的理論，而這也讓這一領域當中的相當多的學者對其認同。正是在這樣的理論指導下，使得之后特別多的學生將研究方向轉向切削的道具結構、切削熱、切削力等領域。

一是切削力。由于增強纖維這是復合材料加工切削當中的主要磨損要素，在實施切削過程當中，復合材料當中的基體其主要再說向纖維傳遞切削力，使得制品出現分層、內部脫粘、纖維松動等問題，將復合材料制品力學性能降低，表面存在比較差的粗糙度。國內外學者按照復合材料特性，借助于充分的實驗研究提出針對切削力性質模型。Hocheng與Puw按照纖維增強復合材料骯臟存在熱學與機械這兩種不同的兩相材料特征，提出進行復合材料切削力實施相應預測的機械學模型，還對于表面粗糙度、切削力、切邊受到纖維方向的影響做出分析，并且對纖維磨削方向進行推薦。日本大阪大學的花其申作等人借助于CFRP切削實驗，那么就可以了解到在切削方向和碳纖維處于哪種角度，切斷纖維的原因則是屬于刀具前進使得垂直在纖維自身軸線的剪切應力已經高于剪切強度極限。北京航空航天大學陳鼎昌等人經過多年的研究碳纖維復合材料鉆削工藝，按照單向CFRP對于鉆削力的理論模型初步建立起來。還在此基礎上進行切削力和纖維角相互之間的關系實施分析，從所實施的實驗結果顯示，這可以將切削力受到纖維方向的影響進行了驗證，提出出口處分層缺陷過程模型與檢驗方法。而在以上的研究成果則是立足于不同角度進行切削力和纖維方向相互之間關系作出了研究，通過切削過程纖維破壞模型的建立，往往能夠為復合材料加工提供相應的指導，可是這些理論尚未可以將各種類型復合材料切削特性進行解釋，因此通用性比較差。

二是切削熱。從一方面上來看，這也就是指剪切基體與斷裂纖維消耗的功，另外的就是切屑摩擦前刀面、已加工面、后刀面消耗的功。復合材料往往存在比較差的導熱性能，切屑過程導致的切屑往往主要是向工件與刀具進行傳向，使得快速磨損刀具，從而對表面粗糙度造成影響，甚至在一定程度上會對復合材料工件性能造成損傷。針對這樣的情況，怎樣將切削熱溫度場分布實施測量這是重點研究方向。國內的學者相繼實施熱像儀、人工熱點、紅外測溫儀等手段來進行復合材料鉆削過程切削熱的測試。如今研究切削熱還必須做到更為深入細致，按照復合材料切削熱所擁有的規律建立起相應的模型，以便可以將數據依據提供給刀具結構改進與加工參數完善。

三是切削刀具材料與結構。聚合物復合材料其特征是導熱性比較差、硬度大與耐磨性好，實施相應的切削環節，切削熱其作用下往往會快速磨損普通常規材料刀具，這樣就會導致復合材料構建切削全過程比較難完成，這就提出新的挑戰給選材與結構設計復合材料切削刀具。從不同的實驗結果顯示，在進行玻璃纖維加工增強復合材料，必須選取碳化物刀具與高速鋼刀具，在進行纖維增強復合材料的加工過程中，往往選取的是PCD刀具或者硬質合金刀具。刀具往往會比較深遠的影響復合材料切削加工質量，從當前的情況來看尚未形成統一刀具標準，這就必須在未來研究工作當中，按照纖維復合材料不同實施不同切削刀具材料與結構參數規范，從而就可以將復合材料加工工藝進行完善。

2 復合材料特種加工技術分析

一是激光束加工。激光加工則是立足于強熱源，這可以進行材料的局部氣化，其留存下來的高熱影響區比較小。激光加工過程當中可以會聚的光束是能量超過108w/cm2與直徑是0.1mm，能夠實施各種材料的切割。激光切割其特點就是速度快、切縫小，可以將原材料大量節省與能夠沿著所有方向切割存儲各種復雜形狀。

二是高壓水切割與高壓水磨砂切割。高壓水切割其所具備的原理就是高壓水通過小孔向材料噴嘴射向，借助于動能向壓力轉化，從而能夠切割材料斷裂面。這樣的方法會出現結構完整性與切口質量比常規機械切割更優，并且并不會出現切屑粉末飛揚。這樣的技術如今已經在航天與別 工業領域得到廣泛應用。能夠切割硼纖維/環氧、有機纖維/環氧、碳纖維/環氧,玻璃纖維/環氧等大量金屬基與非金屬基復合材料實施。

三是電火花加工。由于電火花加工這樣的方法 立足于電火花侵蝕，在介電材料隔開的電極和工件兩者之間加入一電壓，如果加電壓能夠擊穿介質的時候也就是會出現電火花產生，產生的電火花其局部溫度能夠達到一萬兩千攝氏度，這可以將材料氣化或者熔融，就會有一個小火口在工件表面形成。這樣的辦法主要是適合在切割加工均勻導電材料。其優點就是并不會出現裂紋在工件當中，從而能夠將疲勞致損減少，而且加工表面皿粗糙度比25μm。可是電火花加工往往也會伴隨著工具磨損太快，應用比較少，加工成本比較高。

四是超聲波加工。這樣的加工方法其主要是通過工件的表面在高速磨砂粒子撞擊，超聲波振子導致有關工具出現高頻與小振幅直線振動，其使用的磨砂粒子絕大多數是屬于Al2O3，氧化硼或者別的類似材料。超聲波加工比較合適在脆而硬的材料上的開槽與打孔。

除此之外，特種加工方法另外還有電光學加工法、電子束加工法等，這些都會具備相應 適宜條件與優點，可是受到自身缺點與局限性的影響尚未實施廣泛應用超聲波加工。

3 結語

總而言之，根據對各種復合材料的加工方法進程研究，其往往存在經濟效益高、監控比較容易等優點，可是都面臨著自身局限與不足。伴隨著高速發展的科學技術，這樣肯定會相應的完善復合材料加工技術，以便能夠將其發展成未來復合材料加工的主流。

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