复合材料加工技术分析

复合材料加工技术分析

于浩

沈阳机床（集团）有限责任公司 辽宁省沈阳市 110000

摘要：复合材料具有诸如强度和耐磨性之类的高性能，并且被用于航空航天，电子和电力等许多领域。这也鼓励越来越多的学者开始研究复合材料的加工技术。他们在材料和结构设计，切削机理以及复合材料切削刀具的其他方面进行了大量研究，取得了很好的效果。本文主要从复合材料的加工技术，切削刀具，切削参数等角度分析复合材料的加工工艺，解决复合材料加工技术的难题。

关键词：复合材料；加工技术；加工难点；材料切削

前言

复合材料，特别是高性能和耐热复合材料，由于其结构设计，优异的性能，长寿命和轻质而在航空领域越来越广泛地使用。在当前使用复合材料零件的过程中，处理复合材料是周期相对较长，成本较高且风险较高的工艺之一。中国复合材料产业链的建设仍然存在缺陷，辅助加工技术还不成熟，在复合材料加工技术研究上投入的人力和物力相对不足。研究中存在很大差距。由于在各个方面越来越多地使用复合材料，对其加工技术的研究越来越受到关注。

1复合材料简介以及性能

1.1复合材料的基本组成

复合材料是一种多相材料。这里所说的多相，主要是指具有两种或以上的化学性能的相关材料。复合材料则是把多相材料通过诸多加工方法进行加工而合成。复合材料具有的两相分别为增强相与基体相。复合材料主要存在两种加工技术，也就是常规加工方法与特种加工方法。常规加工法和金属加工法是一样的，加工手段相对较为简单，而工艺也比较成熟。但是，一旦加工复杂工件之时就会对刀具造成极大的磨损，其加工的质量不够好，且在加工中形成的粉末极易对人体造成极大的影响。后者相对来说比较容易加以监控，而在加工的过程中，切削刀具和被加工的工件接触量非常小以至于为零，这就十分有利于自动化加工。然而，由于复合材料所具有的复杂性，导致特种加工之运用也会遭受限制，因此，一般来说，常规性加工的运用比较多。复合材料是由两种或更多种由于不同的处理方法而具有不同化学性质或结构结构的材料组成的多晶型材料，主要包括两个相，即基体相和强化相。

1.2性能

这种复合材料还广泛用于各种领域，通常是因为复合材料的综合功能在一大类复合材料中最有优势，但是在特定的机械过程中使用时却如此。还拥有加工设备和技术。环境有更严格的要求。这些方面在很大程度上体现了这种复合材料的性能优势。首先，与常规材料相比，复合材料的性能要好于弹性，并以此来使用比强度。这种类型的复合材料是最重要的特性之一，通常值越小，不必要的处理步骤就越少。这种类型的性能也比常规材料要小，但是尽管这种复合材料具有许多优点，但仍然具有许多优点。其缺点之一是切割过程使工具严重磨损，使其更易于损坏和制造前应力。这种现象不仅令人不快。改善复合材料的质量也增加了加工公司的成本。

2复合材料的应用情况

2.1典型部位的结构特点

大多数复合零件都由圆柱，圆锥，曲面等组成，并且结构复杂。有单层无规纤维复合材料零件，多层无规纤维复合材料组件，多层无规纤维复合材料和金属。材料组装；成型过程基于正常的压制方法。

由于零件结构和材料成型特性的限制，相复合材料的均匀性很差，并且不均匀的应力分布在压制过程中趋于收缩和变形，这会影响零件的几何精度（尺寸，表面形状等）。因此，通常通过机加工来保证零件主工作表面的精度。

2.2典型零件的加工

鉴于这种非金属材料的纤维密集型零件的脆性，低均匀性和切割难度，该工具必须满足耐冲击性，耐磨性和清晰度的基本要求，选择“焊接硬质合金YW1工具”进行加工。加工方法是低进给率（切削深度浅），并使用连续轮廓切削。主要加工问题：（1）表面缺陷，崩刃缺陷；（2）严重的工具磨损和生产效率低下。

3复合材料加工技术的分析

复合材料是一种多晶型材料，所谓的多相是具有多个结构或化学性质的材料。复合材料是通过多种加工方法加工多态材料而产生的。复合材料中包含的两个相是强化相和基质相。复合材料有两种加工方法：传统加工和特殊加工。常规加工技术与金属加工方法相同，加工方法较为简单，技术较为成熟。但是，在加工复杂的工件时，切削工具会明显磨损，加工质量差，并且切削过程中产生的粉末对人体有很大的影响。特殊的加工过程相对容易监控，并且对于自动加工非常有用，因为在加工过程中切削工具与工件之间的接触很小或为零。然而，由于复合材料的复杂性，特殊的加工应用受到限制，相对而言，还有更多的传统加工应用。

3.1复合材料常规加工技术研究

在复合材料加工的早期阶段中使用的加工方法通常是金属材料的加工方法。随着复合材料类型的增加，在加工过程中会出现许多问题，例如更快的工具磨损。这要求复合材料加工技术的多样化。从那时起，国内外许多学者陆续提出了几种复合材料的加工方法，并根据自己的方法，提出了对复合材料切削技术的进一步改进和切削工具更新的一系列观点。在此之前，科普雷夫（Koprev）进行了许多实验，并认为复合芯片的形成实际上是其断裂过程的发生。此观点后来被许多人认可。从那时起，许多学者开始关注切削工具的结构设计。

3.2复合材料特殊加工技术研究

在传统的复合材料加工中，切削刀具的磨损大，加工质量差，切削过程中产生的粉末对人体影响很大。使用常规加工方法来加工复杂的工件也是困难的。特殊的加工过程相对容易监控，加工过程中切削刀具与被加工产品之间的接触量很小或为零，因此可以进行自动加工，并且工件的切削面所造成的损坏也很小。，加工产品变形很小。目前，复合材料最常用的特殊加工方法包括超声加工和放电加工。

4复合材料的加工特性

4.1容易发生分层现象

通常情况下，在复合材料的机械加工过程中会发生分层。大部分原因是由于脱牌。问题在于复合材料的辅助层通常需要与特定的粘合剂结合。粘合性能差或减弱会迅速导致脱皮。也有可能在过程中未根据要求精确设置参数，这可能导致错误并影响复合材料的结构变化。通过仔细观察，不难发现这种现象的发生对复合材料的整体性能改善没有贡献，并且对复合材料的性能造成重大损害。因此，有必要在加工期间防止材料分层。否则，可能在随后的实际应用过程中发生安全风险。

4.2严重的工具磨损

切削工具与加工和成本密切相关，切削技术主要用于复合材料加工技术中。由于复合材料之间的巨大摩擦，想象温度在很短的时间内急剧上升。该技术的加工过程变热，并且该高温通常集中在刀尖的位置，但是这种情况必须在机械力学过程中继续进行，这不可避免地对刀具造成极大的损害。..另一个警告是防止在机械切削过程中碎屑与工具接触。这使刀具刮擦更快，刀刃变钝。这种情况还表明需要经常检查和加剧工具磨损，以确保复合材料的加工质量和速度。这给加工公司带来了一些额外的成本。

4.3产生残余应力

复合材料对机械工程师有很高的技术要求。在当前的技术水平上，在加工过程中会产生残余应力，这会阻止粗糙度和其他加工技术达到标准要求。这种现象的最常见原因是温度。如果太高，则材料在加工过程中将需要注意各个材料层之间的强度，并且还应避免分层和缝隙。这种情况在钻孔时最明显，并且还会影响加工质量。

5复合材料的加工切削温度

现有的最新数据表明，有关切削温度的相关研究仅在钻探中完成。1985年，有人在钻头上添加了一个人造热电偶来测量钻头切削刃的温度，但是这种测量是非常不科学的，并且存在很大的局限性。还有其他实验，例如测量孔出口的温度，但结果不是很令人信服，并且很难获得测试数据。直到范瑞通过红外热像仪在钻孔过程中完全观察温度场为止。

在钻孔过程中，钻头尖端的温度始终最高。钻头的顶部不光滑，但已发现其横截面较大。通过这些横截面完成复合材料的加工。横截面由跳蚤和凿子组成。凿边缘是最热的部分。在钻孔过程中，使用钻头进行钻孔。通常的逻辑是，该位置是最高温度，而钻尖的凿边缘的前角为负。通常，没有切削功能，该部分的轴向力最大，因此基本上在加工过程中，钻头尖端的凿刃位置会摩擦工件。但是从另一个角度来看，钻头尖角部分的凿刃和工件的切削速度很快，并且与工件的摩擦力很大，因此温度显着上升。相比之下，在强烈摩擦位置的凿子边缘的温度要比钻头中的任何其他位置高。这种情况接近1985年的实验。通过进一步的实验得出的结论是：钻孔温度和钻孔速度是指数的。钻井温度和进给是负指数函数。复合材料的钻孔温度变化规律与金属钻孔的规律相似，但是温度对复合材料加工质量的影响要比金属材料严重得多。在测试中，温度超过250°C，树脂材料变大，金属基本上不受影响。

6复合材料加工难点分析

6.1材料切割性能差

复合材料在稠密区域更易碎，使其易于切割，但在较小区域，分子结合较少，更容易碎裂。纤维的密集区域不容易切割，但是如果切割工具不够锋利，切割进料将太大，以致原料纤维不易散开，从而导致一系列缺陷。..复合材料具有高强度和低切割性能，并且在切割过程中易于“起绒”和“剥离”。同时，在加工复合材料的过程中，切削工具容易磨损，钝化，不仅极大地影响了工件的表面质量和尺寸精度，而且降低了材料的加工效率。简而言之，其差的切割性能是由于复合材料的组成和性质。

6.2不良的组件结构

许多零件具有旋转形状，并且主要由圆柱，圆锥，曲面等组成。零件的主要工作表面大部分是锋利的结构，由一个圆形或锥形孔形成。这是严重的。影响复合材料的加工，导致切割过程中出现碎裂和碎裂。

7解决复合材料加工问题的措施

7.1改进毛坯结构和成型工艺

需要进行结构改进以促进材料加工。主要方法是减少直角边缘，逐步选择平滑连接并最小化锐角结构。研究表明，影响复合材料切削性能的主要方面是结构均匀性，而预浸料预烘烤工艺在成型过程中的均匀性也是影响复合材料切削性能的主要因素。

7.2选择合适的工具和切削参数

由于复合材料本身的特性，用于切割复合材料的切削工具必须具有高硬度，同时还要满足耐冲击和耐磨性的要求。作为可以承受更高冲击载荷的材料，硬质合金可以满足上述条件。此外，合成金刚石和立方氮化硼是非常坚硬的材料，因此在选择合适的速度和进给切削参数时使用这三种材料工具进行切削。

7.3加工方法优化

通过研究不同的处理方法，可以减少复合材料加工问题的发生。通过对复合材料各方面的分析研究，作者总结出以下几种方法：

（1）合理安排切割路径。

在加工复合材料时，如果对工件的切割部分施加较大的拉应力，则会发生“修边”和“边缘塌陷”。因此，在断开连接时，必须遵循断开路径“在主体内部”。

（2）设置处理槽，以使零件不会碎裂。

由于钻头的锋利度有限，混沌纤维复合材料不适用于处理通孔的常规钻孔方法。但是，使用添加工艺凹槽的方法。这有效地防止了在孔口处出现边缘碎裂。

（3）采用粗加工和精加工。

无规纤维复合材料的模制件不适合深切加工。为了有效地防止上述问题的发生，有必要尽可能地提高工具的耐用性，尽可能地提高加工效率，并采用粗加工和精加工方法。

7.4快速断开

对提高复合材料的加工质量具有明显的作用。从金属切削的原理可以看出，假设切削效率相同，则随着切削速度的增加，进给量会减少。进给量越小，切削力越小，加工表面的质量越高。此规则也适用于切割复合材料。如果切削力太低而不会引起各种缺陷（例如分层，缝隙和缝隙），则可以获得高质量的机加工表面。

振动切削具有比普通切削更低的切削力，更低的切削温度，更高的加工表面质量以及更高的刀具耐用性，因此非常适合切削复合材料和其他加工。参数不变。与普通切割相比，超声振动切割中的分层损坏减少了近三分之一。除了振动切割，切割领域的各种新加工技术也值得注意。

结束语

通过对复合材料加工技术的分析，对复合材料加工技术也有了一定的了解。作者认为，未来的研究应遵循以下方向：通过对复合材料加工技术的分析，对复合材料加工技术也有了一定的了解。作者认为，未来的研究将需要朝以下方向努力：切削力，复合材料性能，切削热温度场的分布及成因的详细研究，复合材料加工工具的材料和几何参数研究，复合材料特殊加工技术的研究，复合材料的表面质量建立统一的标准，通过调查原因来全面评估复合材料的表面质量。

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