飞机用复合材料的机械加工技术

◎孙东海

在我国航空事业不断发展进步的当下，飞机制造工作成为了我国制造行业的一项重要领域。企业在进行加工制造时，除了要考虑飞机的质量问题之外，还需要研究如何合理节约经济成本，提高经济效益。同时，需要结合国家发展需求及相关管理规定，开展绿色化的制造工作。

一、在飞机制造环节中应用复合材料的优势

在开展复合材料的机械加工工作时，首先，应当了解这种材料的应用优势有哪些。

1.质量优势。

目前，在飞机制造环节中各个企业广泛使用的复合材料，多以树脂或铝合金为基体，用纤维或颗粒增强，具有良好的综合性能。与以往的基础材料相比，这种材料不仅使用寿命长，而且刚硬度较强，能够承受较大的大气气压，保障飞机运行过程中的安全性和稳定性。同时，复合材料在加工制作的具体环节中，不会造成空气污染的问题，这符合时代发展的基本要求，值得在新时期推广应用。

2.价格优势。

复合材料虽然在加工制造时的流程相对较为复杂，但是，从总体上来看，选择复合材料，并应用机械加工技术进行飞机制造工作，可以在提高工作效率的基础上，有效节约企业的经济成本。而大多数企业都是以提高自身的合法经济利益为主要发展目标的，基于此，复合材料在我国飞机制造领域当中得到了较为广泛的应用。

二、复合材料机械加工技术的操作要点

在实际应用复合材料的机械加工技术开展飞机制造工作时，还有一些操作注意事项需要引起工作人员的重视。

1.工艺复杂。

复合材料的切削加工有较大难度，例如，碳纤维增强复合材料是一种难切削加工材料，它的脆性大、硬度高。加工时容易出现边缘分层、钻孔分层、外层撕裂、毛刺等问题；刀具磨损严重；由于复合材料导热系数低，热量难以在加工中排除，使切削区温度迅速上升，基体容易软化或烧焦；难以保证零件加工精度和表面质量等。而这就对加工制造人员的专业工作能力提出了更高的要求，想要科学开展飞机制造工作，就必须要意识到人才的重要作用，展开人才教育培训工作，提高人才操作机械设备的能力。并应当做好对人员工作行为的严格管理，要求员工按照规范化的工作流程，有序开展飞机制造工作。

2.安全问题。

在切削过程中切削温度较高，增强纤维和基体树脂的热膨胀系数相差太大，存在着热应力，这是产生残余应力的原因之一。同时，由于复合材料呈现各向异性，层间强度低。切削时在切削力的作用下容易产生分层、撕裂等缺陷，进而产生残余应力。钻孔时尤为严重，加工质量难以保证，表面的尺寸精度和表面粗糙度不易达到要求。因此，企业在实际展开飞机制造工作时，必须要做好对人才的安全教育工作和技术交底工作，提高员工对自身工作重要性的认识。重点要引导员工树立安全工作的意识，以此来降低安全风险的发生几率，全面保障工作过程中的安全性和稳定性。

3.温度较高。

碳纤维增强复合材料切屑形成过程，是一个基体破坏和纤维断裂相互交织的复杂过程。碳纤维作为切削硬质点连续磨耗刀具，因碳纤维断裂和基体剪切，以及切屑与前刀面、后刀面与已加工表面之间的摩擦而产生大量的切削热，加之碳纤维复合材料导热性差等原因，切削热主要传向刀具和工件，导致刀具的快速磨损。这些都是企业在新时期发展过程中，需要解决的重点问题，不仅会影响飞机的制造质量及效率，还会影响企业的市场竞争能力，需要企业引起高度重视。

三、复合材料机械加工的具体操作流程

想要发挥出机械加工技术的应用优势，就必须要结合基本操作流程展开创新优化研究工作。

1.前期的准备工作。

基于新时期的飞机加工制造工作主要是利用机械化设备来完成，因此，在开展加工制造工作之前，必须要对设备的运行状态进行检查。保障设备内部零部件衔接的紧密性，消除潜在的安全隐患问题。同时，应当结合市面上常见的复合材料种类进行对比，从使用质量及经济成本两个角度综合分析，选择合适的材料。并制定经济预算方案，发挥出资金的使用价值。最后，应当发挥信息技术的应用优势，制作飞机结构的平面图和立体模型，分析加工方案的优势及不足，进行合理的调整，以此来提高飞机制造工作的质量及效率。

2.切割技术的应用。

不同的复合材料在切割工艺的选择上也有一定的差异，工作人员需要总结以往的工作经验，做好对不同材料的分类管理，以便于保障切割工作的顺利开展。一般来说，玻璃纤维增强热固性基体层压板，采用手锯或圆锯切割。碳纤维增强复合材料采用金刚砂刀具切割加工工艺，切割效果好。切割工艺参数与碳纤维增强复合材料厚度有很大关系，进给量应与厚度成反比例。热塑性树脂基复合材料采用带锯和圆锯等常用工具时要加冷却剂。石墨/环氧复合材料最好用镶有硬质合金的刀具切割。

3.磨削技术的应用。

采用砂磨或磨削可加工出高精度的聚合物基复合材料零部件。最常用的是粒度为30-240 的砂带或鼓式砂轮机。热塑性聚合物基复合材料用常规机械打磨时，要加冷却剂，以防磨料阻塞。磨削有两种机械可用，一种是湿法砂带磨床，另一种是干法或湿法研磨盘。使用碳化硅或氧化铝砂轮研磨时，不要用流动冷却剂，以防工件变软。另外，获得优良机加工产品的前提是：刀具要锋利、切削速度要适当、要供给充足的冷却液或润滑剂，进给速度要快。

结论：在进行飞机加工制造工作时，想要发挥出复合材料的使用价值以及机械加工技术的应用优势。就必须要提高人才的安全工作意识，对人才进行技术交底，全面保障加工制造工作的安全与稳定。同时，企业要安排管理人员对设备进行试运行操作，建立严格的内部管理机制规范员工的工作行为，要求员工结合不同的复合材料选择不同的切割及磨削技术，确保加工工作的顺利开展。