飛機(jī)用復(fù)合材料的機(jī)械加工技術(shù)

◎?qū)O東海

在我國航空事業(yè)不斷發(fā)展進(jìn)步的當(dāng)下，飛機(jī)制造工作成為了我國制造行業(yè)的一項重要領(lǐng)域。企業(yè)在進(jìn)行加工制造時，除了要考慮飛機(jī)的質(zhì)量問題之外，還需要研究如何合理節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。同時，需要結(jié)合國家發(fā)展需求及相關(guān)管理規(guī)定，開展綠色化的制造工作。

一、在飛機(jī)制造環(huán)節(jié)中應(yīng)用復(fù)合材料的優(yōu)勢

在開展復(fù)合材料的機(jī)械加工工作時，首先，應(yīng)當(dāng)了解這種材料的應(yīng)用優(yōu)勢有哪些。

1.質(zhì)量優(yōu)勢。

目前，在飛機(jī)制造環(huán)節(jié)中各個企業(yè)廣泛使用的復(fù)合材料，多以樹脂或鋁合金為基體，用纖維或顆粒增強(qiáng)，具有良好的綜合性能。與以往的基礎(chǔ)材料相比，這種材料不僅使用壽命長，而且剛硬度較強(qiáng)，能夠承受較大的大氣氣壓，保障飛機(jī)運行過程中的安全性和穩(wěn)定性。同時，復(fù)合材料在加工制作的具體環(huán)節(jié)中，不會造成空氣污染的問題，這符合時代發(fā)展的基本要求，值得在新時期推廣應(yīng)用。

2.價格優(yōu)勢。

復(fù)合材料雖然在加工制造時的流程相對較為復(fù)雜，但是，從總體上來看，選擇復(fù)合材料，并應(yīng)用機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行飛機(jī)制造工作，可以在提高工作效率的基礎(chǔ)上，有效節(jié)約企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本。而大多數(shù)企業(yè)都是以提高自身的合法經(jīng)濟(jì)利益為主要發(fā)展目標(biāo)的，基于此，復(fù)合材料在我國飛機(jī)制造領(lǐng)域當(dāng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

二、復(fù)合材料機(jī)械加工技術(shù)的操作要點

在實際應(yīng)用復(fù)合材料的機(jī)械加工技術(shù)開展飛機(jī)制造工作時，還有一些操作注意事項需要引起工作人員的重視。

1.工藝復(fù)雜。

復(fù)合材料的切削加工有較大難度，例如，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是一種難切削加工材料，它的脆性大、硬度高。加工時容易出現(xiàn)邊緣分層、鉆孔分層、外層撕裂、毛刺等問題；刀具磨損嚴(yán)重；由于復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)低，熱量難以在加工中排除，使切削區(qū)溫度迅速上升，基體容易軟化或燒焦；難以保證零件加工精度和表面質(zhì)量等。而這就對加工制造人員的專業(yè)工作能力提出了更高的要求，想要科學(xué)開展飛機(jī)制造工作，就必須要意識到人才的重要作用，展開人才教育培訓(xùn)工作，提高人才操作機(jī)械設(shè)備的能力。并應(yīng)當(dāng)做好對人員工作行為的嚴(yán)格管理，要求員工按照規(guī)范化的工作流程，有序開展飛機(jī)制造工作。

2.安全問題。

在切削過程中切削溫度較高，增強(qiáng)纖維和基體樹脂的熱膨脹系數(shù)相差太大，存在著熱應(yīng)力，這是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因之一。同時，由于復(fù)合材料呈現(xiàn)各向異性，層間強(qiáng)度低。切削時在切削力的作用下容易產(chǎn)生分層、撕裂等缺陷，進(jìn)而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。鉆孔時尤為嚴(yán)重，加工質(zhì)量難以保證，表面的尺寸精度和表面粗糙度不易達(dá)到要求。因此，企業(yè)在實際展開飛機(jī)制造工作時，必須要做好對人才的安全教育工作和技術(shù)交底工作，提高員工對自身工作重要性的認(rèn)識。重點要引導(dǎo)員工樹立安全工作的意識，以此來降低安全風(fēng)險的發(fā)生幾率，全面保障工作過程中的安全性和穩(wěn)定性。

3.溫度較高。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料切屑形成過程，是一個基體破壞和纖維斷裂相互交織的復(fù)雜過程。碳纖維作為切削硬質(zhì)點連續(xù)磨耗刀具，因碳纖維斷裂和基體剪切，以及切屑與前刀面、后刀面與已加工表面之間的摩擦而產(chǎn)生大量的切削熱，加之碳纖維復(fù)合材料導(dǎo)熱性差等原因，切削熱主要傳向刀具和工件，導(dǎo)致刀具的快速磨損。這些都是企業(yè)在新時期發(fā)展過程中，需要解決的重點問題，不僅會影響飛機(jī)的制造質(zhì)量及效率，還會影響企業(yè)的市場競爭能力，需要企業(yè)引起高度重視。

三、復(fù)合材料機(jī)械加工的具體操作流程

想要發(fā)揮出機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，就必須要結(jié)合基本操作流程展開創(chuàng)新優(yōu)化研究工作。

1.前期的準(zhǔn)備工作。

基于新時期的飛機(jī)加工制造工作主要是利用機(jī)械化設(shè)備來完成，因此，在開展加工制造工作之前，必須要對設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行檢查。保障設(shè)備內(nèi)部零部件銜接的緊密性，消除潛在的安全隱患問題。同時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合市面上常見的復(fù)合材料種類進(jìn)行對比，從使用質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)成本兩個角度綜合分析，選擇合適的材料。并制定經(jīng)濟(jì)預(yù)算方案，發(fā)揮出資金的使用價值。最后，應(yīng)當(dāng)發(fā)揮信息技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，制作飛機(jī)結(jié)構(gòu)的平面圖和立體模型，分析加工方案的優(yōu)勢及不足，進(jìn)行合理的調(diào)整，以此來提高飛機(jī)制造工作的質(zhì)量及效率。

2.切割技術(shù)的應(yīng)用。

不同的復(fù)合材料在切割工藝的選擇上也有一定的差異，工作人員需要總結(jié)以往的工作經(jīng)驗，做好對不同材料的分類管理，以便于保障切割工作的順利開展。一般來說，玻璃纖維增強(qiáng)熱固性基體層壓板，采用手鋸或圓鋸切割。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料采用金剛砂刀具切割加工工藝，切割效果好。切割工藝參數(shù)與碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料厚度有很大關(guān)系，進(jìn)給量應(yīng)與厚度成反比例。熱塑性樹脂基復(fù)合材料采用帶鋸和圓鋸等常用工具時要加冷卻劑。石墨/環(huán)氧復(fù)合材料最好用鑲有硬質(zhì)合金的刀具切割。

3.磨削技術(shù)的應(yīng)用。

采用砂磨或磨削可加工出高精度的聚合物基復(fù)合材料零部件。最常用的是粒度為30-240 的砂帶或鼓式砂輪機(jī)。熱塑性聚合物基復(fù)合材料用常規(guī)機(jī)械打磨時，要加冷卻劑，以防磨料阻塞。磨削有兩種機(jī)械可用，一種是濕法砂帶磨床，另一種是干法或濕法研磨盤。使用碳化硅或氧化鋁砂輪研磨時，不要用流動冷卻劑，以防工件變軟。另外，獲得優(yōu)良機(jī)加工產(chǎn)品的前提是：刀具要鋒利、切削速度要適當(dāng)、要供給充足的冷卻液或潤滑劑，進(jìn)給速度要快。

結(jié)論：在進(jìn)行飛機(jī)加工制造工作時，想要發(fā)揮出復(fù)合材料的使用價值以及機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。就必須要提高人才的安全工作意識，對人才進(jìn)行技術(shù)交底，全面保障加工制造工作的安全與穩(wěn)定。同時，企業(yè)要安排管理人員對設(shè)備進(jìn)行試運行操作，建立嚴(yán)格的內(nèi)部管理機(jī)制規(guī)范員工的工作行為，要求員工結(jié)合不同的復(fù)合材料選擇不同的切割及磨削技術(shù)，確保加工工作的順利開展。