探究航空領(lǐng)域復(fù)合材料的機械加工技術(shù)

孫闊

摘要：近幾年來，隨著我國航空航天事業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，我國在航空航天領(lǐng)域復(fù)合材料的研究上面也取得了實質(zhì)性，突破性的進(jìn)展。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近幾年來，復(fù)合材料在航空領(lǐng)域上面已經(jīng)獲得大量應(yīng)用，并且取得了一定的成果，并且?guī)椭w機成功減輕自身自重，取得這一成果，復(fù)合材料在其中是功不可沒的，本文將從復(fù)合材料的特點、分類，以及針對于不同復(fù)合材料的加工方法對于復(fù)合材料的機械加工技術(shù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：航空領(lǐng)域;復(fù)合材料;機械加工

隨著現(xiàn)代航空科技的飛速發(fā)展，飛機變得越來越輕、越來越快，在航空事業(yè)上面取得這樣大的成就，不僅僅是因為航空發(fā)動機技術(shù)發(fā)展的大力推進(jìn)，同時復(fù)合材料的飛速發(fā)展也是其中的一大助力。目前，復(fù)合材料在當(dāng)前的航空領(lǐng)域的事業(yè)之中應(yīng)用廣泛，這便使復(fù)合材料的機械加工技術(shù)得到了快速發(fā)展。

一、航空領(lǐng)域復(fù)合材料的發(fā)展前景

復(fù)合材料與金屬、高聚物、陶瓷并稱為四大材料。一個國家的復(fù)合材料工業(yè)水平，是衡量該國家和地區(qū)科技與經(jīng)濟(jì)實力的重要標(biāo)志之一。自新中國成立以來，我國航空航天事業(yè)飛速發(fā)展，對航空航天材料提出更多新要求。為更好地滿足現(xiàn)有航天航空材料發(fā)展要求，要進(jìn)一步加快研發(fā)新性能、高質(zhì)量的復(fù)合型材料，使我國航空航天復(fù)合材料的研發(fā)在世界競爭中占有一席之地。先進(jìn)復(fù)合材料具有高性能、多功能和智能化的特點。由于其可塑性強，質(zhì)量輕，現(xiàn)已被大量運用到航空航天、醫(yī)學(xué)、機械、建筑等行業(yè)。在未來的航空領(lǐng)域市場當(dāng)中，復(fù)合材料將會以其獨有的優(yōu)勢占領(lǐng)大面積的市場。

二、復(fù)合材料的特點分析

復(fù)合材料是人們運用先進(jìn)的材料制造技術(shù)，將不同性質(zhì)的材料組分優(yōu)化組合之后而形成的一種新型材料。一般情況下需要滿足以下幾個條件才可以成為復(fù)合材料。第一，復(fù)合材料必須是人造的，是人們根據(jù)生產(chǎn)需要的不同，而設(shè)計制造出來的材料。第二，復(fù)合材料必須擁有兩種以上的化學(xué)、物理性質(zhì)不同的材料組分，同時以設(shè)計的形式，將形式、比例、分布等進(jìn)行整合，從而形成一種新型材料，兵器各組分只見還有著明顯的界面存在。第四，復(fù)合材料不僅能夠保持各組分材料性能的優(yōu)點，而且通過各組分性能之間的互補和關(guān)聯(lián)能夠達(dá)到單一組成材料所不能達(dá)到的綜合性能[1]。

復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬。

三、航空領(lǐng)域復(fù)合材料機械技術(shù)研究

復(fù)合材料的機械加工是復(fù)合材料制造品生產(chǎn)工藝的一個重要環(huán)節(jié)。通過加工方法的不同，通常將其分為常規(guī)方法和非常規(guī)兩種方法。常規(guī)方法簡答容易，方便加工，但是其加工的質(zhì)量不高，并且容易損壞加工件，同時道具的磨損也比較快，而且能以加工太過復(fù)雜的零件。非常規(guī)的方法雖然有些復(fù)雜，但是其加工質(zhì)量高，刀具的磨損度小，并且能夠加工復(fù)雜形狀的工件。下面本文將對兩種方法分別進(jìn)行介紹。

1、復(fù)合材料常規(guī)機械加工方法

（1）鋸切

在對復(fù)合材料進(jìn)行加工的時候，對于玻璃纖維增強熱固性基體層壓板，便需要采用手鋸或者是圓鋸對其進(jìn)行切割。同時，碳纖維增強復(fù)合材料便需要采用金剛，砂刀等工具對其進(jìn)行切割，而同時，切割工藝的參數(shù)與碳纖維增強復(fù)合材料的厚度有著極大的關(guān)系。熱塑性樹脂材料便需要采用帶鋸或者圓鋸對其進(jìn)行切割，金屬復(fù)合材料可用鑲有金剛石的線鋸進(jìn)行切割，不過，其切割速度較慢，并且只能對其進(jìn)行直線鋸切。石墨，環(huán)氧等復(fù)合材料便需要使用鑲有硬質(zhì)合金的道具進(jìn)行切割。在采用金剛石砂輪對陶瓷復(fù)合材料進(jìn)行常規(guī)切割是有兩種速度，一種是250r/min，另外一種是4000r/min[2]。

（2）鉆孔和仿型銑

復(fù)合材料機械加工是，在復(fù)合材料上面進(jìn)行鉆孔或者是做仿型銑的時候，大多數(shù)的熱固性復(fù)合材料在鉆孔和仿型銑的時候會產(chǎn)生收縮，所以，在對其進(jìn)行加工的時候，要同時考慮一定的余量，也就是說，鉆頭或者仿型銑的尺寸一般需要略大于孔徑和尺寸，在鉆孔的過程當(dāng)中，最好墊上墊板，這樣能夠在很大的程度上避免邊緣分層和外層撕裂。與此同時，在進(jìn)行鉆孔的過程當(dāng)中，必須保持鉆頭的鋒利。

在對碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加工的時候，由于碳纖維材料的性質(zhì)與金屬不同，所以在對于碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加工的時候，便不能夠與加工金屬材料同樣的方法，在對于碳纖維材料進(jìn)行加工的時候，要防止在出口短出現(xiàn)纖維分層的現(xiàn)象，在結(jié)構(gòu)開敞的條件下，空的出口面需要使用硬度和密度都比較高的度板支撐并墊實，這樣能夠有效的防止孔出口出現(xiàn)分層和劈裂的現(xiàn)象。

（3）車削和磨削、

聚合物復(fù)合材料常用在普通車床或者臺式車床上面就能夠進(jìn)行車削、挫削和切割。在目前，其使用的刀具一般采用高速鋼、碳化鎢、和金剛石刀頭。同時，采用砂磨或者磨削都可以加工出 高精度的聚合物復(fù)合材料零件。在進(jìn)行加工的過程當(dāng)中，最為常用的便是30～240的傻大或者鼓式砂輪機，熱塑性聚合物復(fù)合材料一般采用常規(guī)機械打磨，在打磨的過程當(dāng)中，需要同步添加冷卻劑，從而有效的防止磨料阻塞。在對熱塑性聚合物復(fù)合材料進(jìn)行磨削的時候一般有兩種機械可用，一種便是濕法砂帶磨床，另外一種便是干法或者濕法研磨盤。在使用碳化硅或者氧化鋁砂輪磨削的時候，不允許使用流動冷卻劑，以防止工件變軟[3]。在通常狀況下，復(fù)合材料層合板采用一般工藝就能夠在標(biāo)準(zhǔn)的機床上面進(jìn)行車削，同時其可以采用的工具也比較多，黃銅銑，高速鋼銑刀，碳化鎢銑刀和金剛石銑刀均可應(yīng)用。同時，銑刀的后腳必須磨成7～12°，銑刀要非常鋒利，同時，高速銑刀的銑削速度建議采用180～300m/min，進(jìn)刀量采用0.05～0.13mm/r。

四、直升機復(fù)合材料的要求

鋁基復(fù)合材料的性能：鋁基復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展需求而涌現(xiàn)出的具有強大生命力的材料，它由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料通過各種工藝手段復(fù)合而成。鋁基復(fù)合材料擁有低密度、良好的尺寸穩(wěn)定性、耐磨性、韌性、熱能性等方面優(yōu)點，在航空領(lǐng)域尤其是直升機的制造過程當(dāng)中被普遍應(yīng)用。

鋁基復(fù)合材料的加工方法：鋁基復(fù)合材料需要在壓力400～600Mpa的壓力條件下進(jìn)行壓制，之后還要采用CO2激光加工機發(fā)射高能激光束，引發(fā)壓坯自蔓延燒結(jié)，生成原位鐵鋁基復(fù)合材料，激光點燃時間為15～25s，自蔓延燒結(jié)的反應(yīng)速度為3～5mm/s。

結(jié)束語：總而言之，在復(fù)合材料的機械加工方面，針對于每種材料都有其不同的加工方法，并且在加工的時候也會有比較特殊的要求，這就需要在實際的應(yīng)用當(dāng)中根據(jù)具體情況進(jìn)行具體的分析，并且能夠針對不同的復(fù)合材料，選取相應(yīng)的加工方法。并且，在實際應(yīng)用的過程當(dāng)中要不斷的做出總結(jié)、分析和改善，不斷的完善我國在復(fù)合材料方面的機械加工方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 祁萌， 李曉紅， 高彬彬. 國外航空領(lǐng)域機器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢分析[J]. 航空制造技術(shù)， 2018， 61（12）：97-101.

[2] 劉偉， 田治坤， 楚天舒，等. 復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用探究[J]. 科技風(fēng)， 2017（7）：6-6.

[3] 王華. 飛機先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)裝配協(xié)調(diào)技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 航空制造技術(shù)， 2018， 61（7）：26-33.