簡(jiǎn)論金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)

陳佳力

摘 要：復(fù)合材料加工技術(shù)是復(fù)合材料生產(chǎn)制備工藝的重要環(huán)節(jié)之一。一般來(lái)說(shuō)可以分成常規(guī)與特種等兩種方法。前者較為簡(jiǎn)單便利但是加工的質(zhì)量并不高，易于損壞材料，刀具的磨損速度快，且無(wú)法加工形狀較為復(fù)雜的產(chǎn)品。后者盡管工藝復(fù)雜，但是對(duì)刀具的磨損程度比較小，且易于加以監(jiān)控，所以整體經(jīng)濟(jì)效益較高。復(fù)合材料之中的金屬基復(fù)合材料則具備了導(dǎo)熱、導(dǎo)電以及抗氧化等優(yōu)勢(shì)，具備極大的的發(fā)展空間。本文對(duì)復(fù)合材料加工技術(shù)進(jìn)行了概述，分析了金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)，并提出探討了金屬基復(fù)合材料加工的具體技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：金屬基；復(fù)合材料；加工技術(shù)

復(fù)合材料不僅具備了高性能、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，而且由于其結(jié)構(gòu)具有可設(shè)計(jì)性、長(zhǎng)壽命與減重等特征，因而在航空航天領(lǐng)域之中的應(yīng)用變得愈來(lái)愈廣泛。復(fù)合材料是如今復(fù)材零件使用中周期偏長(zhǎng)、成本偏高，而且風(fēng)險(xiǎn)也相當(dāng)大的一道工序。在我國(guó)創(chuàng)建復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)鏈過(guò)程中尚具有比較大的問(wèn)題。有關(guān)配套加工技術(shù)還不夠成熟，因而在復(fù)合材料加工上的技術(shù)研究上投入的人、財(cái)、物力也具有不足之處，與西方國(guó)家先進(jìn)的材料加工技術(shù)研究比較起來(lái)尚有比較大的距離。正是由于復(fù)合材料加工技術(shù)尤其是金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)在諸多方面得到了非常多的運(yùn)用，所以加大材料加工技術(shù)的探究，顯得極為重要。

一、復(fù)合材料加工技術(shù)概述

復(fù)合材料是一種多相材料。這里所說(shuō)的多相，主要是指具有兩種或以上的化學(xué)性能的相關(guān)材料。復(fù)合材料則是把多相材料通過(guò)諸多加工方法進(jìn)行加工而合成。復(fù)合材料具有的兩相分別為增強(qiáng)相與基體相。復(fù)合材料主要存在兩種加工技術(shù)，也就是常規(guī)加工方法與特種加工方法。常規(guī)加工法和金屬加工法是一樣的，加工手段相對(duì)較為簡(jiǎn)單，而工藝也比較成熟。但是，一旦加工復(fù)雜工件之時(shí)就會(huì)對(duì)刀具造成極大的磨損，其加工的質(zhì)量不夠好，且在加工中形成的粉末極易對(duì)人體造成極大的影響。后者相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易加以監(jiān)控，而在加工的過(guò)程中，切削刀具和被加工的工件接觸量非常小以至于為零，這就十分有利于自動(dòng)化加工。然而，由于復(fù)合材料所具有的復(fù)雜性，導(dǎo)致特種加工之運(yùn)用也會(huì)遭受限制，因此，一般來(lái)說(shuō)，常規(guī)性加工的運(yùn)用比較多。

二、金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)分析

所謂金屬基復(fù)合材料，主要是指以金屬及合金為基礎(chǔ)，使用陶瓷顆粒和纖維等為強(qiáng)化材料復(fù)合起來(lái)的一種高質(zhì)量的材料。因?yàn)檫@類材料具備了強(qiáng)度比較高、耐熱與耐磨、穩(wěn)定性高等良好的性能，從而讓這類材料已經(jīng)成為諸多實(shí)踐領(lǐng)域之中最具有吸引力的一類材料。該材料大量運(yùn)用在航空和軍事等諸多領(lǐng)域。在金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)過(guò)程之中，為切實(shí)降低材料的生產(chǎn)成本與提升性能，通常是先把該材料制作為鑄錠與初級(jí)板材之后，再通過(guò)二次加工成形以制做出能夠直接運(yùn)用的零件等。由于精密加工技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)精密化、潔凈化、精度較高的材料需求量不斷增加，精準(zhǔn)化與高韌度的金屬基復(fù)合材料市場(chǎng)份額變得愈來(lái)愈大。所以，對(duì)這種復(fù)合材料的加工技術(shù)進(jìn)行深入研究，對(duì)于推動(dòng)機(jī)械加工技術(shù)的推廣運(yùn)用具備了十分突出的實(shí)際意義。

三、金屬基復(fù)合材料加工的具體技術(shù)手段

一是切削加工技術(shù)手段。金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)是一種常用的技術(shù)手段。通過(guò)認(rèn)識(shí)與把握材料切削加工的常見(jiàn)規(guī)律，準(zhǔn)確選擇刀具與切削的用量，這樣一來(lái)才能確保加工質(zhì)量以及相當(dāng)高的成效。使用硬質(zhì)合金以及高速鋼等為主要的切削刀具，探究了碳化硅顆粒提高鋁基復(fù)合材料之中的碳化硅含量和尺寸等參數(shù)對(duì)于切削加工性能所造成的影響。有研究證明碳化硅的顆粒尺寸一旦愈大、含量愈多，刀具所產(chǎn)生的磨損度也更加快。碳化硅的顆粒一旦比較粗大，其加工工件的外表也就會(huì)相當(dāng)粗糙，而且隨著顆粒含量持續(xù)增加而不斷增加，復(fù)合材料對(duì)于刀具造成的磨損也會(huì)越大。使用聚晶金剛石刀具，可以對(duì)顆粒增強(qiáng)對(duì)復(fù)合材料的制備性能進(jìn)行深入研究。在達(dá)到某種切削速度之時(shí)，材料對(duì)于刀具所造成的損耗是最小的，而且工件外表的粗糙度比較好。在運(yùn)用常見(jiàn)加工設(shè)備之時(shí)，側(cè)重于刀具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與創(chuàng)新，這是提升工作效率的更具有可行性的方式。

二是線切割加工技術(shù)手段。傳統(tǒng)意義上的刀具只適合于加工體粒徑比較小而且含量比較少的那些復(fù)合材料。當(dāng)體粒徑不斷增加而且含量不斷增多之后，高速鋼與硬質(zhì)合金等普通刀具的磨損相當(dāng)快，即便于選擇了高硬度刀具加以切削，其使用壽命也難以讓使用者滿意。因?yàn)檫@一情況，把特種加工法運(yùn)用到此類材料之中就非常有必要。當(dāng)前運(yùn)用電火花線來(lái)切割加工顆粒以強(qiáng)化復(fù)合材料的研究已經(jīng)有了大量的報(bào)道，而切割的速度以及切割之后的外表粗糙度則是十分重要的加工參數(shù)。通過(guò)探究電參數(shù)對(duì)于電火花線進(jìn)行切割加工，可以對(duì)復(fù)合材料切割快慢以及外表粗糙度造成一定的影響。使用掃描電鏡來(lái)分析復(fù)合材料線所切割的加工外表的樣貌。脈沖的間隔對(duì)于外表粗糙度的影響并不是很大，在其達(dá)到了某種程度之時(shí)，表面上的粗糙度往往不會(huì)受到影響。通過(guò)選擇比較大的峰值電流以及比較短的脈沖寬度，可以對(duì)復(fù)合材料實(shí)施比較理想的電火花線進(jìn)行切割和加工。這類材料的線切割加工必須要科學(xué)地選擇電加工的參數(shù)，電極間的電壓一定要高出間隙以擊穿電壓，合理地確定電極與工件彼此間所具有的距離，合理地選擇電介液絕緣力而且對(duì)間隙污染實(shí)施合理評(píng)估與清除。

三是磨削加工手段。對(duì)金屬基復(fù)合材料實(shí)施磨削加工，主要是指運(yùn)用磨具所具有的切削力，除了工件外表的那些多余層，可以讓工件的外表質(zhì)量能夠達(dá)到預(yù)定要求的一些加工手段。如今，經(jīng)常見(jiàn)到的金屬基復(fù)合材料磨削加工手段主要包括了外圓磨削、內(nèi)圓磨削以及成形面磨削等。這類材料所具有的磨削特點(diǎn)受到了增強(qiáng)相以及其所用的砂輪類型造成的影響，提高材料所具有的磨削方式，而軟性金屬堵塞砂輪則是砂輪喪失效力的一個(gè)重要因素，而磨削加工過(guò)程中所出現(xiàn)的主要問(wèn)題就是砂輪的堵塞、磨削區(qū)出現(xiàn)冷卻。所以說(shuō)，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的條件之下，磨削顆粒增強(qiáng)型的復(fù)合材料之中，碳化硅砂輪的表現(xiàn)相當(dāng)突出，其在磨削力、粗糙度等各個(gè)方面均超出了CBN以及金剛石磨料砂輪等材料。利用陶瓷基SiC砂輪以及樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石砂輪等對(duì)增強(qiáng)型復(fù)合材料所實(shí)施的磨削證明了SiC砂輪可用于粗磨之中。在粗磨過(guò)程中，工件磨削表面上會(huì)產(chǎn)生基體金屬涂敷等問(wèn)題，從而切實(shí)地降低表面具有的粗糙度。金剛石砂輪十分適合于進(jìn)行精磨。在精磨過(guò)程中，基體材料并無(wú)顯著的涂敷狀況。利用細(xì)粒度金剛石砂輪，可以對(duì)1um深的磨削區(qū)實(shí)施材料的延性化磨削，其表面和亞表面并無(wú)裂紋或者缺陷出現(xiàn)，能夠促進(jìn)增強(qiáng)相之延性。所以說(shuō)，磨削是金屬基復(fù)合材料加工當(dāng)中極有發(fā)展前景的加工方式之一，能實(shí)現(xiàn)無(wú)損化加工。

四是鉆削和振動(dòng)切削加工手段。碳化硅鋁基復(fù)合材料的性能有別于普通鋼鐵材料，一般是使用整體或者涂層金剛石鉆頭實(shí)施孔加工。鉆削加工當(dāng)中出現(xiàn)的刀具磨損以及加工表面質(zhì)量則是判斷其可加工性能的重要指標(biāo)。對(duì)鋁合金復(fù)合材料刀具所產(chǎn)生的磨損以及表面質(zhì)量開(kāi)展試驗(yàn)性研究。在鉆削鋁合金復(fù)合材料的過(guò)程之中，鉆頭磨損如果發(fā)生于后刀面，產(chǎn)生磨損的原因則是磨料的磨損。運(yùn)用掃描電鏡可發(fā)現(xiàn)鉆頭后和切削速度方向保持一致的磨損溝，而鉆頭的橫刃與外緣處也存在著磨損。刀具耐用度首推YG8鉆頭，TiN涂層以及深冷鉆頭質(zhì)量較次，而HSS鉆頭則是最差的。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于金屬基復(fù)合材料振動(dòng)切削與加工的研究相對(duì)較少。超聲振動(dòng)切削作為特種加工技術(shù)手段之一，具備了減小切削力與降低表面粗糙程度、提升加工精度并且延長(zhǎng)刀具壽命等特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)鋁基復(fù)合材料所進(jìn)行的振動(dòng)切削開(kāi)展研究，把振動(dòng)切削復(fù)合材料的所具有的切屑形態(tài)、變形系數(shù)以及剪切角切削形貌與粗糙度、殘余應(yīng)力等開(kāi)展對(duì)比與研究，可以發(fā)現(xiàn)振動(dòng)切削鋁基復(fù)合材料具備了降低切屑變形、降低表面損傷程度與粗糙度、加大表面壓應(yīng)力等功能，這樣一來(lái)就為金屬基復(fù)合材料實(shí)施精密化切削探索出了一條嶄新的發(fā)展途徑。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，復(fù)合材料加工技術(shù)均有各自不同的特色，其中金屬基復(fù)合材料屬于具備組分材料難以擁有的全新優(yōu)質(zhì)性能的一種先進(jìn)材料。因?yàn)閺?fù)合材料的制造成本相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，所以在其加工的過(guò)程之中應(yīng)當(dāng)盡可能地提升材料的利用率，切實(shí)降低能源所產(chǎn)生的消耗，推動(dòng)我國(guó)清潔材料的生產(chǎn)。目前階段，應(yīng)當(dāng)致力于發(fā)展各類二次成形之后的零件不再需要進(jìn)行加工或少加工即可得到成品的技術(shù)，從而不斷推動(dòng)金屬基復(fù)合材料的精密化、清潔化與高效化生產(chǎn)。

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