簡論金屬基復合材料加工技術(shù)

陳佳力

摘 要：復合材料加工技術(shù)是復合材料生產(chǎn)制備工藝的重要環(huán)節(jié)之一。一般來說可以分成常規(guī)與特種等兩種方法。前者較為簡單便利但是加工的質(zhì)量并不高，易于損壞材料，刀具的磨損速度快，且無法加工形狀較為復雜的產(chǎn)品。后者盡管工藝復雜，但是對刀具的磨損程度比較小，且易于加以監(jiān)控，所以整體經(jīng)濟效益較高。復合材料之中的金屬基復合材料則具備了導熱、導電以及抗氧化等優(yōu)勢，具備極大的的發(fā)展空間。本文對復合材料加工技術(shù)進行了概述，分析了金屬基復合材料加工技術(shù)，并提出探討了金屬基復合材料加工的具體技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：金屬基；復合材料；加工技術(shù)

復合材料不僅具備了高性能、耐高溫等優(yōu)點，而且由于其結(jié)構(gòu)具有可設計性、長壽命與減重等特征，因而在航空航天領(lǐng)域之中的應用變得愈來愈廣泛。復合材料是如今復材零件使用中周期偏長、成本偏高，而且風險也相當大的一道工序。在我國創(chuàng)建復合材料的產(chǎn)業(yè)鏈過程中尚具有比較大的問題。有關(guān)配套加工技術(shù)還不夠成熟，因而在復合材料加工上的技術(shù)研究上投入的人、財、物力也具有不足之處，與西方國家先進的材料加工技術(shù)研究比較起來尚有比較大的距離。正是由于復合材料加工技術(shù)尤其是金屬基復合材料加工技術(shù)在諸多方面得到了非常多的運用，所以加大材料加工技術(shù)的探究，顯得極為重要。

一、復合材料加工技術(shù)概述

復合材料是一種多相材料。這里所說的多相，主要是指具有兩種或以上的化學性能的相關(guān)材料。復合材料則是把多相材料通過諸多加工方法進行加工而合成。復合材料具有的兩相分別為增強相與基體相。復合材料主要存在兩種加工技術(shù)，也就是常規(guī)加工方法與特種加工方法。常規(guī)加工法和金屬加工法是一樣的，加工手段相對較為簡單，而工藝也比較成熟。但是，一旦加工復雜工件之時就會對刀具造成極大的磨損，其加工的質(zhì)量不夠好，且在加工中形成的粉末極易對人體造成極大的影響。后者相對來說比較容易加以監(jiān)控，而在加工的過程中，切削刀具和被加工的工件接觸量非常小以至于為零，這就十分有利于自動化加工。然而，由于復合材料所具有的復雜性，導致特種加工之運用也會遭受限制，因此，一般來說，常規(guī)性加工的運用比較多。

二、金屬基復合材料加工技術(shù)分析

所謂金屬基復合材料，主要是指以金屬及合金為基礎，使用陶瓷顆粒和纖維等為強化材料復合起來的一種高質(zhì)量的材料。因為這類材料具備了強度比較高、耐熱與耐磨、穩(wěn)定性高等良好的性能，從而讓這類材料已經(jīng)成為諸多實踐領(lǐng)域之中最具有吸引力的一類材料。該材料大量運用在航空和軍事等諸多領(lǐng)域。在金屬基復合材料的生產(chǎn)過程之中，為切實降低材料的生產(chǎn)成本與提升性能，通常是先把該材料制作為鑄錠與初級板材之后，再通過二次加工成形以制做出能夠直接運用的零件等。由于精密加工技術(shù)的不斷發(fā)展，對精密化、潔凈化、精度較高的材料需求量不斷增加，精準化與高韌度的金屬基復合材料市場份額變得愈來愈大。所以，對這種復合材料的加工技術(shù)進行深入研究，對于推動機械加工技術(shù)的推廣運用具備了十分突出的實際意義。

三、金屬基復合材料加工的具體技術(shù)手段

一是切削加工技術(shù)手段。金屬基復合材料加工技術(shù)是一種常用的技術(shù)手段。通過認識與把握材料切削加工的常見規(guī)律，準確選擇刀具與切削的用量，這樣一來才能確保加工質(zhì)量以及相當高的成效。使用硬質(zhì)合金以及高速鋼等為主要的切削刀具，探究了碳化硅顆粒提高鋁基復合材料之中的碳化硅含量和尺寸等參數(shù)對于切削加工性能所造成的影響。有研究證明碳化硅的顆粒尺寸一旦愈大、含量愈多，刀具所產(chǎn)生的磨損度也更加快。碳化硅的顆粒一旦比較粗大，其加工工件的外表也就會相當粗糙，而且隨著顆粒含量持續(xù)增加而不斷增加，復合材料對于刀具造成的磨損也會越大。使用聚晶金剛石刀具，可以對顆粒增強對復合材料的制備性能進行深入研究。在達到某種切削速度之時，材料對于刀具所造成的損耗是最小的，而且工件外表的粗糙度比較好。在運用常見加工設備之時，側(cè)重于刀具結(jié)構(gòu)的改進與創(chuàng)新，這是提升工作效率的更具有可行性的方式。

二是線切割加工技術(shù)手段。傳統(tǒng)意義上的刀具只適合于加工體粒徑比較小而且含量比較少的那些復合材料。當體粒徑不斷增加而且含量不斷增多之后，高速鋼與硬質(zhì)合金等普通刀具的磨損相當快，即便于選擇了高硬度刀具加以切削，其使用壽命也難以讓使用者滿意。因為這一情況，把特種加工法運用到此類材料之中就非常有必要。當前運用電火花線來切割加工顆粒以強化復合材料的研究已經(jīng)有了大量的報道，而切割的速度以及切割之后的外表粗糙度則是十分重要的加工參數(shù)。通過探究電參數(shù)對于電火花線進行切割加工，可以對復合材料切割快慢以及外表粗糙度造成一定的影響。使用掃描電鏡來分析復合材料線所切割的加工外表的樣貌。脈沖的間隔對于外表粗糙度的影響并不是很大，在其達到了某種程度之時，表面上的粗糙度往往不會受到影響。通過選擇比較大的峰值電流以及比較短的脈沖寬度，可以對復合材料實施比較理想的電火花線進行切割和加工。這類材料的線切割加工必須要科學地選擇電加工的參數(shù)，電極間的電壓一定要高出間隙以擊穿電壓，合理地確定電極與工件彼此間所具有的距離，合理地選擇電介液絕緣力而且對間隙污染實施合理評估與清除。

三是磨削加工手段。對金屬基復合材料實施磨削加工，主要是指運用磨具所具有的切削力，除了工件外表的那些多余層，可以讓工件的外表質(zhì)量能夠達到預定要求的一些加工手段。如今，經(jīng)常見到的金屬基復合材料磨削加工手段主要包括了外圓磨削、內(nèi)圓磨削以及成形面磨削等。這類材料所具有的磨削特點受到了增強相以及其所用的砂輪類型造成的影響，提高材料所具有的磨削方式，而軟性金屬堵塞砂輪則是砂輪喪失效力的一個重要因素，而磨削加工過程中所出現(xiàn)的主要問題就是砂輪的堵塞、磨削區(qū)出現(xiàn)冷卻。所以說，在進行實驗的條件之下，磨削顆粒增強型的復合材料之中，碳化硅砂輪的表現(xiàn)相當突出，其在磨削力、粗糙度等各個方面均超出了CBN以及金剛石磨料砂輪等材料。利用陶瓷基SiC砂輪以及樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪等對增強型復合材料所實施的磨削證明了SiC砂輪可用于粗磨之中。在粗磨過程中，工件磨削表面上會產(chǎn)生基體金屬涂敷等問題，從而切實地降低表面具有的粗糙度。金剛石砂輪十分適合于進行精磨。在精磨過程中，基體材料并無顯著的涂敷狀況。利用細粒度金剛石砂輪，可以對1um深的磨削區(qū)實施材料的延性化磨削，其表面和亞表面并無裂紋或者缺陷出現(xiàn)，能夠促進增強相之延性。所以說，磨削是金屬基復合材料加工當中極有發(fā)展前景的加工方式之一，能實現(xiàn)無損化加工。

四是鉆削和振動切削加工手段。碳化硅鋁基復合材料的性能有別于普通鋼鐵材料，一般是使用整體或者涂層金剛石鉆頭實施孔加工。鉆削加工當中出現(xiàn)的刀具磨損以及加工表面質(zhì)量則是判斷其可加工性能的重要指標。對鋁合金復合材料刀具所產(chǎn)生的磨損以及表面質(zhì)量開展試驗性研究。在鉆削鋁合金復合材料的過程之中，鉆頭磨損如果發(fā)生于后刀面，產(chǎn)生磨損的原因則是磨料的磨損。運用掃描電鏡可發(fā)現(xiàn)鉆頭后和切削速度方向保持一致的磨損溝，而鉆頭的橫刃與外緣處也存在著磨損。刀具耐用度首推YG8鉆頭，TiN涂層以及深冷鉆頭質(zhì)量較次，而HSS鉆頭則是最差的。當前，國內(nèi)外對于金屬基復合材料振動切削與加工的研究相對較少。超聲振動切削作為特種加工技術(shù)手段之一，具備了減小切削力與降低表面粗糙程度、提升加工精度并且延長刀具壽命等特點。通過對鋁基復合材料所進行的振動切削開展研究，把振動切削復合材料的所具有的切屑形態(tài)、變形系數(shù)以及剪切角切削形貌與粗糙度、殘余應力等開展對比與研究，可以發(fā)現(xiàn)振動切削鋁基復合材料具備了降低切屑變形、降低表面損傷程度與粗糙度、加大表面壓應力等功能，這樣一來就為金屬基復合材料實施精密化切削探索出了一條嶄新的發(fā)展途徑。

四、結(jié)束語

綜上所述，復合材料加工技術(shù)均有各自不同的特色，其中金屬基復合材料屬于具備組分材料難以擁有的全新優(yōu)質(zhì)性能的一種先進材料。因為復合材料的制造成本相對來說比較高，所以在其加工的過程之中應當盡可能地提升材料的利用率，切實降低能源所產(chǎn)生的消耗，推動我國清潔材料的生產(chǎn)。目前階段，應當致力于發(fā)展各類二次成形之后的零件不再需要進行加工或少加工即可得到成品的技術(shù)，從而不斷推動金屬基復合材料的精密化、清潔化與高效化生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]沃丁柱. 復合材料大全[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2000.

[2]程秀全. 航空工程材料[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[3]汪周斌，付曉陽. 復合材料加工技術(shù)研究[J]. 科技資訊，2011（21）.

[4]陳玲林，孫會來. 復合材料加工研究現(xiàn)狀及激光在其加工中的應用[J]. 激光雜志，2014（2）.