关于复合材料加工技术的探析

陈建平,张旭刚

（贵州航天天马机电科技有限公司,贵州遵义,563000）

1 复合材料常规加工技术分析

自从出现复合材料之后，则是将金属材料切削工艺与加工刀具基本上沿用，而在加工环节当中出现的快速磨损刀具等问题，则是复合材料加工技术面临的新的挑战。国内外学术界在二十世纪七十年代之后相继发表部分针对复合材料加工的课题，提出相应的切削工艺改进与刀具更新的观点。在这之后，Koplev立足于大量研究实验提出切削形成复合材料这也就是断裂材料的理论，而这也让这一领域当中的相当多的学者对其认同。正是在这样的理论指导下，使得之后特别多的学生将研究方向转向切削的道具结构、切削热、切削力等领域。

一是切削力。由于增强纤维这是复合材料加工切削当中的主要磨损要素，在实施切削过程当中，复合材料当中的基体其主要再说向纤维传递切削力，使得制品出现分层、内部脱粘、纤维松动等问题，将复合材料制品力学性能降低，表面存在比较差的粗糙度。国内外学者按照复合材料特性，借助于充分的实验研究提出针对切削力性质模型。Hocheng与Puw按照纤维增强复合材料肮脏存在热学与机械这两种不同的两相材料特征，提出进行复合材料切削力实施相应预测的机械学模型，还对于表面粗糙度、切削力、切边受到纤维方向的影响做出分析，并且对纤维磨削方向进行推荐。日本大阪大学的花其申作等人借助于CFRP切削实验，那么就可以了解到在切削方向和碳纤维处于哪种角度，切断纤维的原因则是属于刀具前进使得垂直在纤维自身轴线的剪切应力已经高于剪切强度极限。北京航空航天大学陈鼎昌等人经过多年的研究碳纤维复合材料钻削工艺，按照单向CFRP对于钻削力的理论模型初步建立起来。还在此基础上进行切削力和纤维角相互之间的关系实施分析，从所实施的实验结果显示，这可以将切削力受到纤维方向的影响进行了验证，提出出口处分层缺陷过程模型与检验方法。而在以上的研究成果则是立足于不同角度进行切削力和纤维方向相互之间关系作出了研究，通过切削过程纤维破坏模型的建立，往往能够为复合材料加工提供相应的指导，可是这些理论尚未可以将各种类型复合材料切削特性进行解释，因此通用性比较差。

二是切削热。从一方面上来看，这也就是指剪切基体与断裂纤维消耗的功，另外的就是切屑摩擦前刀面、已加工面、后刀面消耗的功。复合材料往往存在比较差的导热性能，切屑过程导致的切屑往往主要是向工件与刀具进行传向，使得快速磨损刀具，从而对表面粗糙度造成影响，甚至在一定程度上会对复合材料工件性能造成损伤。针对这样的情况，怎样将切削热温度场分布实施测量这是重点研究方向。国内的学者相继实施热像仪、人工热点、红外测温仪等手段来进行复合材料钻削过程切削热的测试。如今研究切削热还必须做到更为深入细致，按照复合材料切削热所拥有的规律建立起相应的模型，以便可以将数据依据提供给刀具结构改进与加工参数完善。

三是切削刀具材料与结构。聚合物复合材料其特征是导热性比较差、硬度大与耐磨性好，实施相应的切削环节，切削热其作用下往往会快速磨损普通常规材料刀具，这样就会导致复合材料构建切削全过程比较难完成，这就提出新的挑战给选材与结构设计复合材料切削刀具。从不同的实验结果显示，在进行玻璃纤维加工增强复合材料，必须选取碳化物刀具与高速钢刀具，在进行纤维增强复合材料的加工过程中，往往选取的是PCD刀具或者硬质合金刀具。刀具往往会比较深远的影响复合材料切削加工质量，从当前的情况来看尚未形成统一刀具标准，这就必须在未来研究工作当中，按照纤维复合材料不同实施不同切削刀具材料与结构参数规范，从而就可以将复合材料加工工艺进行完善。

2 复合材料特种加工技术分析

一是激光束加工。激光加工则是立足于强热源，这可以进行材料的局部气化，其留存下来的高热影响区比较小。激光加工过程当中可以会聚的光束是能量超过108w/cm2与直径是0.1mm，能够实施各种材料的切割。激光切割其特点就是速度快、切缝小，可以将原材料大量节省与能够沿着所有方向切割存储各种复杂形状。

二是高压水切割与高压水磨砂切割。高压水切割其所具备的原理就是高压水通过小孔向材料喷嘴射向，借助于动能向压力转化，从而能够切割材料断裂面。这样的方法会出现结构完整性与切口质量比常规机械切割更优，并且并不会出现切屑粉末飞扬。这样的技术如今已经在航天与别 工业领域得到广泛应用。能够切割硼纤维/环氧、有机纤维/环氧、碳纤维/环氧,玻璃纤维/环氧等大量金属基与非金属基复合材料实施。

三是电火花加工。由于电火花加工这样的方法 立足于电火花侵蚀，在介电材料隔开的电极和工件两者之间加入一电压，如果加电压能够击穿介质的时候也就是会出现电火花产生，产生的电火花其局部温度能够达到一万两千摄氏度，这可以将材料气化或者熔融，就会有一个小火口在工件表面形成。这样的办法主要是适合在切割加工均匀导电材料。其优点就是并不会出现裂纹在工件当中，从而能够将疲劳致损减少，而且加工表面皿粗糙度比25μm。可是电火花加工往往也会伴随着工具磨损太快，应用比较少，加工成本比较高。

四是超声波加工。这样的加工方法其主要是通过工件的表面在高速磨砂粒子撞击，超声波振子导致有关工具出现高频与小振幅直线振动，其使用的磨砂粒子绝大多数是属于Al2O3，氧化硼或者别的类似材料。超声波加工比较合适在脆而硬的材料上的开槽与打孔。

除此之外，特种加工方法另外还有电光学加工法、电子束加工法等，这些都会具备相应 适宜条件与优点，可是受到自身缺点与局限性的影响尚未实施广泛应用超声波加工。

3 结语

总而言之，根据对各种复合材料的加工方法进程研究，其往往存在经济效益高、监控比较容易等优点，可是都面临着自身局限与不足。伴随着高速发展的科学技术，这样肯定会相应的完善复合材料加工技术，以便能够将其发展成未来复合材料加工的主流。

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