复合材料孔成形过程中机械加工问题探讨

王石磊

摘 要：目前随着材料科学的快速发展，复合材料在越来越多的领域中得到广泛的应用。在对复合材料的质量进行检测过程中，孔加工是确保其制品合格率的重要因素。而在进行孔加工时，机械加工是其最主要的手段之一，利用机械加工有效的确保了孔加工的精准性。文章对复合材料缺口孔成形设计时对机械加工的考虑进行了分析，并进一步对影响复合材料制孔质量的因素进行了具体的阐述。

关键词：复合材料；孔成形；机械加工

近年来，在我国的建筑、航空及船舶工程中都应用到了复合材料，随着复合材料应用范围不断扩大，对复合材料制品的需求量也增加。复合材料制品在生产过程中需要对机械加工工艺进行重点关注，这是确保复合材料制品质量的最关键环节，特别是在孔加工过程中。由于复合材料在制孔过程中存在着特有的缺陷，极易导致材料出现分层、出口起毛及撕裂的情况，而且产品也容易劈裂，而且在复合材料与其他材料进行连接和配合时则需要利用孔来进行，所以复合材料制品中存在着孔多的情况，而在复合材料成孔的部位也是结构最为薄弱的位置，需要确保其成孔的质量，这是确保复合材料制品合格率的重要的标准。

1 复合材料制品孔成型设计时对机械加工的考虑

1.1 孔的成型方案需要认真斟酌

对于复合材料制孔过程中，对其是否需要选择机械加工工艺来制孔需要进行充分的考虑，对其结构完整性、技术要求、加工成本及加工时间等方向入手，对其在孔成型过程中需要采取何种工艺进行确定。通常来讲，在进行复合材料制品制造过程中，越简单的工艺及工艺对于复合材料的结构完整性越有利。而且在制品成型过程中，对于可以采用模压来进行制孔的则尽量不使用机械加工的工艺来进行。对于在与其他部件不需要进行主要连接和配合的制品，而且对孔的要求也不高的情况下，则需要采取其他的成型工艺来进行加工。但对于孔的技术要求较高，而且孔数量较多，需要具有较高精度的情况则需要采用机械加工来进行，这样不仅可以有效的确保制孔的质量，而且可以有效的提高复合材料零件的合格率。

1.2 孔机械加工时结构的考虑

在进行孔成型操作时，需要确保结构层具有良好的承力能力，因为在孔加工过程中极易导致复合材料结构层的连续性受到破坏，这样复合材料制品的受力能力和使用寿命都会受到较大的影响，所以为了确保制品能够更好的满足使用的要求，则需要确保复合材料的结构层具有良好的承力能力。而且在制孔过程中，对于质量要求较高的孔，则需要在确保其达到技术要求的基础上，对其易加工性进行充分的考虑。

1.3 产品的结构质量和原材料

复合材料如果纤维浸渍性较好，其空隙率则较小，在这种情况下，产品则更易进行加工，具有良好的加工性能。如利用层压板来对真空浸渍和模压成型的材料进行加要，则会具有较好的加工性。而对于玻璃钢材质制孔，由于其浸漬性较差，所以制孔的合格率则较低。

1.4 加工工艺的选择

复合材料是由纤维和基体所组成的材料，其结构为二相或是多相，具有非均质和向异性的特点，具有较高的硬度，与传统的材料具有根本上的区别，所以对其进行加工时，不能将传统的加工工艺来对其进行加工，需要工程师在对不同要求的孔进行熟悉和了解，从而来确保选择哪种机械加工方式来确保制品的质量。

2 影响复合材料制孔质量的因素

2.1 工装

对于工装的考虑，广义上讲，模具本身也是加工胎具、加工工装。但是对于孔加工而言，一般都是在制品脱模后加工，加工时需要使用一些专门的工装卡具进行固定、支撑、连接，以便进行机械加工，加工精度要求高的制品还需要由钻模保证。对于工装的设计有以下几点考虑因素：（1）确定定位基准，这是制孔精度的首要保证。一般首先选择产品本身精度高的面或孔来作定位基准；（2）夹紧机构的设计，一般而言，机床都有自己的夹紧工具，但是并不是对所有产品都通用，因此需要在工装上设计夹紧机构，以便于机床上的操作；（3）省时性，在进行工装设计时，要考虑工装的易装卸，并便于工人操作，最好设计成在一个工序就能将零件上所有的孔完成加工，以便节约工时提高工作效率。

2.2 刀具

对于复合材料而言，选用合理的刀具材料、刀具结构及几何参数是解决复合材料难加工问题的关键。不同钻头材料、钻头后角，以及加工时钻速的选择都会对孔的成型质量有不同程度的影响。钻头后角角度不同，加工时产生的分层和毛刺问题也会各不同。后角的设定一般根据产品材料、加工厚度、刀具材料来选择，从而达到最佳加工效果，即钻孔分层少、毛刺少，且钻头磨损量小。对于钻速而言，高速钻孔分层小，且孔的质量较好，但是高转速钻头的磨损较快。在选择转速时，要考虑钻孔质量和钻头磨损的大小。由于各类纤维增强环氧树脂、聚酯和乙烯基塑料，硬度高、难切削，并且不能容忍加工过程中的一点点异常偏差，且复合材料产品预加工附加值高，更不允许废品的产生。因此对复合材料制孔刀具的要求也越来越高，目前市场上的金刚石增强刀具对于加工复合材料具有较好的适应性。

2.3 人为因素

技术工人的加工经验、对车床的使用情况，以及操作误差对孔的形位精度也有影响。尤其是加工时对工装的装卸，保证定位面、孔，以及夹紧装置的正确到位。对于新产品加工时有些技术工人按经验理解工装的使用情况，有时忽略定位销的定位作用，只用夹具工具夹紧，从而在加工时，会出现孔的位置出现偏差，使产品报废，或是忘了使用出口垫块，从而在加工时出现分层、劈叉等缺陷。导致产品报废率增加、延误交货时间、增加成本浪费。

2.4 维护

对加工工装、车床、刀具的维护，可使产品在反复加工后，保证其质量要求以及加工效率。一般而言，打孔工装多采用金属工件，在使用时容易磨损，因而需要细心维护。同时刀具在使用过程中容易磨损，这是复合材料制孔中常见的问题，因而要及时更换。机床的定期保养和维护，是对孔加工最主要硬件设施的基本保证。

3 结束语

复合材料作为一种混合材料在众多领域中都发挥非常重要的作用，而在对其应用时需要与其他物件进行有效的连接和配合，所以对复合材料制品具有多孔的要求。而且孔成型过程中往往会选择机械加工手段来进行加工。由于机械加工在对孔加工时需要对其结构、原材料及加工工艺进行必要的考虑，从而确保所加工出来的孔制品的质量能够有所保障。同时还要对制品质量产生影响影响的因素进行分析，保证制孔的精度和正确性，使复合材料制品的质量达到所需要的要求。

参考文献

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