探討影響復合材料孔機械加工的因素

摘?要：對于復合材料制品的合格率，孔加工具有重要的影響，目前對于復合材料的孔加工手段為機械加工。而由于受到一定因素的影響，復合材料孔的質量會出現(xiàn)差異。本文主要對復合材料孔機械加工的影響因素進行簡單的闡述。

關鍵詞：復合材料;孔加工;機械加工

隨著科學技術的發(fā)展，復合材料的應用也逐漸變得廣泛，比如航空航天以及建筑等領域，復合材料都有著巨大的作用。而在對復合材料制件進行利用的過程中，不僅要對制造工藝參數(shù)進行優(yōu)化，還要采用精準的機械加工方法，才能對設計的要求進行滿足[1]。在制品的生產(chǎn)過程中，機械加工是極其重要的工藝環(huán)節(jié)，對復合材料的質量有著直接的影響，特別是孔的加工。對于復合材料的制孔過程，不僅有傳統(tǒng)金屬材料制孔缺陷，還會有復合材料結構特有的缺陷，比如起毛、材料分層等現(xiàn)象，而且對于復合材料中的孔，往往會連接其他的材料進行配合，這些部位常常是整個結構中薄弱或者關鍵的位置[2]。所以，在對復合材料進行設計時，工程師應當對影響孔質量的因素進行全面的考量，從而保障良好的復合材料孔質量。

一、對于復合材料制品孔成型設計過程中機械加工問題的考慮

（一）對孔成型方案的考慮

可以從具體的技術要求、環(huán)境問題以及結構的完整性等多個方面對于復合材料結構的孔成型采用何種的加工方法進行考慮。對于復合材料而言，采用孔加工會使其結構的完整性受到破壞，因此基本上采取越簡單的加工制造工藝和越少的工序，對產(chǎn)品質量就會產(chǎn)生越小的影響。因此對于某些能夠采用模壓或其他方式的成孔制品，應當盡量避免機械加工;而對于那種孔的數(shù)量較多，或是對于技術、精度有著較高要求的，則需要通過機械加工來進行解決，不僅簡單有效，還能對制品的質量起到良好的保證。

（二）對孔機械加工時各種因素的綜合考慮

（1）結構的考慮。復合材料結構層的連續(xù)性會在孔加工時容易遭受破壞，從而對產(chǎn)品的受力能力以及使用壽命產(chǎn)生一定的影響，因此在對產(chǎn)品進行加工時，要對主要結構層的承力能力進行良好的保證，從而對制品的使用要求進行滿足;除此之外，對于具有較高要求質量的孔加工，在保證技術要求的前提下還要對加工的省時、工裝的易安裝等易加工性進行充分的考慮。

（2）對產(chǎn)品結構質量與原材料的考慮。對于復合材料的加工，選擇浸漬性好與空隙率小的材料能夠使產(chǎn)品的性能得到有效的提高。比如對于真空浸漬的材料，采用層壓板進行加工，具有良好的加工性能，而對于玻璃鋼材質制孔，制孔的質量合格率會由于原材料的浸漬性不好而降低。

（3）對加工工藝選擇的考慮。復合材料是由纖維和基體組成的二相或多項結構，具有非均質以及各向異性等特點，和傳統(tǒng)材料有著較大的差別，所以對于復合材料的加工并不能根據(jù)傳統(tǒng)金屬材料的加工經(jīng)驗和知識加工，否則會使得產(chǎn)品產(chǎn)生一系列的問題。比如在對金屬進行鉆削時，如果對復合材料采用傳統(tǒng)的加工方法進行加工，將會出現(xiàn)孔壁周圍材料發(fā)生分層、孔形不圓以及出現(xiàn)尺寸誤差等情況。

二、影響復合材料制孔質量的因素

（一）工裝

一般是在制品脫模后進行孔加工，而在進行加工時，需要對固定、支撐以及連接等操作采用專門的工裝卡具進行，從而使得機械加工更加快捷，而對于高要求的加工精度制品的安裝，還需要通過鉆模才能進行良好的保證。對于工裝的設計，需要考慮的因素主要有：①對定位基準的確定。一般而言，對于定位基準的選擇一般都是產(chǎn)品本身精度高的面或者孔。②對夾緊機構的設計。機床具有的加緊工具并不是適用于所有的產(chǎn)品，所以為了使機床上的操作更加簡便，應在工裝上進行夾緊機構的設計。③省時性。對于工裝的設計，應當充分考慮工裝的易裝卸，使工人能夠進行簡單的操作就能完成加工，從而使工作效率得到有效的提高。

（二）刀具

對于復合材料難加工的問題，選用合理的刀具材料以及刀具結構等能夠進行有效的解決。加工時空的成型質量會受到鉆頭材料、鉆速以及鉆頭后角等因素的影響。對于后角的選擇，一般會根據(jù)加工厚度以及刀具材料等來進行設定，從而使得加工效率達到最佳，而對于鉆速而言，要對鉆孔質量和鉆頭磨損的大小進行考慮，雖然高速鉆孔具有分層小、孔質量好等優(yōu)點，但對于鉆頭的磨損較為嚴重。而且復合材料往往具有硬度高以及難切削等特點，且具有較高的預加工附加值，因此對于復合材料的制孔刀具有著較高的要求。目前市場上適合加工復合材料的金剛石增強刀具有PVD金剛石涂層硬質合金、高壓整體燒結金剛石整體硬質合金鉆頭以及CVD金剛石涂層硬質合金等[3]。

（三）人為因素

孔的形位精度會由于操作工人的加工經(jīng)驗、操作誤差等因素產(chǎn)生影響，特別是對于工裝的裝卸，應對定位面、孔進行保證，使夾緊裝置正確到位。而且部分技術工人對于新產(chǎn)品的加工會按照經(jīng)驗理解進行加工，對定位銷的定位作用進行忽略，從而使得孔的位置出現(xiàn)了偏差，或是忘記使用出口墊塊，導致分層、劈叉等缺陷的出現(xiàn)。這些問題都會導致成本的浪費以及交貨時間的延誤。

（四）維護

產(chǎn)品的質量要求以及加工效率會由于加工工裝、刀具以及車床的維護而得到有效的保證。對于打孔工裝一般來說多是采用金屬工件，因此容易產(chǎn)生磨損，而細心的維護能夠使磨損減少。而刀具的磨損是復合材料制孔中的常見問題，因此在進行制孔時要對刀具進行及時的更換，從而避免打孔質量問題的出現(xiàn)。另外，機床是孔加工最主要的硬件設施，因此對機床進行定期的養(yǎng)護，能夠有效減少加工精度下降情況的出現(xiàn)，保證孔的高質量。

三、結語

對復合材料進行機械加工時，應當對結構進行嚴密的考慮，從而避免主要結構層的連續(xù)性被破壞，并且還應選擇合適的原材料與加工工藝進行加工，從而確保產(chǎn)品的質量。除此之外，對于復合材料制孔質量因素的考慮時，還應當充分對工裝、刀具、人為因素以及設備的維護進行考慮，從而有效避免打孔質量問題的出現(xiàn)，保證產(chǎn)品的高質量。

參考文獻：

[1]陳雯，梁輝.探討影響復合材料孔機械加工的因素[J].橡塑技術與裝備，2016，42（24）：49-50，54.

[2]溫泉，鞏亞東，趙悅.碳纖維復合材料小孔加工難點與研究現(xiàn)狀[J].機械設計與制造，2018（5）：266-268，272.

[3]寧蒙川.纖維增強復合材料的機械加工技術研究[J].科技創(chuàng)新導報，2017，14（13）：71-72.

作者簡介：唐志安（1985-），男，漢族，上海人，本科，中級工程師，研究方向：復材工裝設計與工藝。