試論復合材料在機械制造上的應用

中北大學 山西 太原 030051

一、復合材料在機械制造中的不可或缺性

復合材料基于其自身特有的高質量性能而被眾多人視為在機械制造過程中能夠代替金屬材料的不二之選。同時，其能夠根據使用條件的變化而進行設計和制造，滿足各種特殊場合的需要，進而優化機械結構，使機械制造工藝更加趨近于完美。[1][2]

1.復合材料的輕便性。輕量化一詞，最初起源于賽車運動，不難理解，是在保障機械安全性能和正常運轉的前提下，降低機械質量，強化機械的可操控性。而復合材料則是在滿足機械裝備強度和剛度的要求下，減輕重量，一般情況，使用復合材料替代金屬材料可達到重量減輕10-40%的目標。

2.復合材料比強度、比剛度高。比強度和比剛度分別是由材料的強度和剛度除以密度所得，是衡量材料承載能力的重要指標。具體表現在兩者數值高，表明材料輕便、強度剛度大。

3.復合材料減振性較強。復合材料的減振性能是由其內部纖維和基體界面阻尼大小而決定的，其阻尼與減振性能為正相關關系，在同種條件下，復合材料相較其他金屬材料，振動衰減時間用時很短，這是它較為關鍵的性能。

4.復合材料抗疲勞性能強。復合材料的抗疲勞性能表現在抵御其由于時間關系亦或是其他因素導致“破壞”的能力。這種能力表現在三個方面，一是對“破壞”本身的抵御能力，二對即將被“破壞”的預兆能力，三是對“破壞”后的可修復能力。擁有以上三種能力的復合材料壽命遠比其他金屬長。

5.復合材料可塑性強。復合材料的應用一般多在于整體成型，以總成形式最終呈現，在減少零部件數量的基礎上，使得設計過程大大縮減。同時，復合材料的應用過程一般包括成模、固化、打磨等過程，固化是由流體變為固體的過程，此過程很大程度降低了材料應力的形成。[3]

二、復合材料在機械制造中應用的普遍性

復合材料是運用先進而科學的制備技術將不同性質的材料通過優化、組合等方式匯聚而成的新材料。從這種程度講，復合材料是一種混合物，不局限于金屬間的組合，可以通過金屬材料、無機非金屬材料以及有機高分子材料之間任意組合，這些材料在機械制造過程中被充分利用或使用。

1.沖壓模具方面。沖壓模具制造的材料大致可以概括為三種：沖裁模、冷擠壓模以及拉伸模材料。選取哪種材料需要結合生產經營實際、沖壓工作所需以及現有設備支撐等多方面因素考慮。機械制造工藝相比較建筑工程工藝的不同點在于精準計算和科學的材料兩者支撐。沖壓模具制造所需的材料如何選擇，要把沖壓工作的要求至于首位。沖壓工作對設備、工藝的要求較為苛刻，它要求設備不僅擁有很好的拉伸性能，還要有足夠的硬度和減振性能，同時還要經受得住瞬間強大的沖擊力和耐高溫性，這些要求僅僅由某一種材料是很難滿足和實現的，需要多維度、全角度滿足沖壓要求，而復合材料“在保持原有材料性能的基礎上，還能發揮所有材料合力”的特點與沖壓要求很是匹配。

2.機械零部件層面。機械制造過程除了所需設備外，機械零部件也是復合材料被廣泛應用的關鍵領域。可以說復合材料是“身兼數職”，例如，聚醚醚酮樹脂復合材料集芳香族熱固性樹脂的耐熱性和化學穩定性，以及熱塑性樹脂的易加工特點于一身。也正因為復合材料的此特點，在機械制造領域占據了市場。機械零部件制造所需材料的選擇，同樣要將零部件的使用要求至于首位，不僅要對原材料的性能進行選擇把關，對零部件的使用條件和環境也要綜合考量，同時還要將零部件使用過程中能夠遇到的問題或情況進行FMEA分析。機械零部件的制造質量既要對其自身功能負責，又要為其作為大型設備最小單位，整個設備的使用負責。金屬復合材料基于其良好的導電性和耐磨性，以及其很好的穩定性，成為零部件制造原材料選取的明星產品。

三、復合材料在機械制造中的發展前景

隨著我國高質量發展速度日益加快，復合材料愈加在機械制造領域占有不可替代的位置。復合材料的應用不僅可以提升生產制造效率，還能降本提質，使企業的經濟效益和社會價值進一步提升。

1.復合材料的應用比例進一步加大，應用范圍充分拓展。復合材料由于其可塑性強、抗疲勞性能強以及抗化學腐蝕優、減振性能好等優勢，在機械制造領域的應用將進一步提升。近年來，我國結合復合材料在機械制造領域的應用進行了多重探索和研究，更對很多新型復合材料進行研制，取得了很大的成果和成績，其應用不光會在某一個領域“吃香”，在航空、國防、探索太空等領域的應用會進一步放大。

2.復合材料的應用將進一步圍繞“單功能向多功能”作出探索。隨著越來越多機械制造企業的設備所需材料的選擇傾向于復合材料，很多輕工業企業從中獲益，也在當前競爭程度日益加大的市場中占有重要席位。但伴隨著復合材料在設備中所占比例加大，僅僅滿足當前設備功能需要是遠遠不夠的。例如，聚醚醚酮復合材料雖其機械性能優異，具有良好的自潤滑性，但此材料的耐磨性能仍滿足不了抗疲勞、抗沖擊零部件的要求，所以更多的是從“單功能”中跳出，向“多功能”拓展，使復合材料在機械制造中不可或缺。

3.復合材料使用性能穩定性與機械制造自動化融合緊密。隨著社會經濟快速發展，機械制造自動化已經成為時代發展的必然趨勢。復合材料的研究和應用，在保障生產質量和效率提升的基礎上，更要注重生產制造的精度和產品加工后的品質，以滿足高質量發展不斷提出的新要求。在對現代化生產制造理念引入、研究的基礎上，對經濟發展趨勢實施預估，確保理念更新與時代發展同步同向，提升競爭力。