探究航空領域復合材料的機械加工技術

孫闊

摘要：近幾年來，隨著我國航空航天事業的發展進程，我國在航空航天領域復合材料的研究上面也取得了實質性，突破性的進展。據調查發現，近幾年來，復合材料在航空領域上面已經獲得大量應用，并且取得了一定的成果，并且幫助飛機成功減輕自身自重，取得這一成果，復合材料在其中是功不可沒的，本文將從復合材料的特點、分類，以及針對于不同復合材料的加工方法對于復合材料的機械加工技術進行分析。

關鍵詞：航空領域;復合材料;機械加工

隨著現代航空科技的飛速發展，飛機變得越來越輕、越來越快，在航空事業上面取得這樣大的成就，不僅僅是因為航空發動機技術發展的大力推進，同時復合材料的飛速發展也是其中的一大助力。目前，復合材料在當前的航空領域的事業之中應用廣泛，這便使復合材料的機械加工技術得到了快速發展。

一、航空領域復合材料的發展前景

復合材料與金屬、高聚物、陶瓷并稱為四大材料。一個國家的復合材料工業水平，是衡量該國家和地區科技與經濟實力的重要標志之一。自新中國成立以來，我國航空航天事業飛速發展，對航空航天材料提出更多新要求。為更好地滿足現有航天航空材料發展要求，要進一步加快研發新性能、高質量的復合型材料，使我國航空航天復合材料的研發在世界競爭中占有一席之地。先進復合材料具有高性能、多功能和智能化的特點。由于其可塑性強，質量輕，現已被大量運用到航空航天、醫學、機械、建筑等行業。在未來的航空領域市場當中，復合材料將會以其獨有的優勢占領大面積的市場。

二、復合材料的特點分析

復合材料是人們運用先進的材料制造技術，將不同性質的材料組分優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合材料。第一，復合材料必須是人造的，是人們根據生產需要的不同，而設計制造出來的材料。第二，復合材料必須擁有兩種以上的化學、物理性質不同的材料組分，同時以設計的形式，將形式、比例、分布等進行整合，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，復合材料不僅能夠保持各組分材料性能的優點，而且通過各組分性能之間的互補和關聯能夠達到單一組成材料所不能達到的綜合性能[1]。

復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、航空領域復合材料機械技術研究

復合材料的機械加工是復合材料制造品生產工藝的一個重要環節。通過加工方法的不同，通常將其分為常規方法和非常規兩種方法。常規方法簡答容易，方便加工，但是其加工的質量不高，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雜的零件。非常規的方法雖然有些復雜，但是其加工質量高，刀具的磨損度小，并且能夠加工復雜形狀的工件。下面本文將對兩種方法分別進行介紹。

1、復合材料常規機械加工方法

（1）鋸切

在對復合材料進行加工的時候，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行切割。同時，碳纖維增強復合材料便需要采用金剛，砂刀等工具對其進行切割，而同時，切割工藝的參數與碳纖維增強復合材料的厚度有著極大的關系。熱塑性樹脂材料便需要采用帶鋸或者圓鋸對其進行切割，金屬復合材料可用鑲有金剛石的線鋸進行切割，不過，其切割速度較慢，并且只能對其進行直線鋸切。石墨，環氧等復合材料便需要使用鑲有硬質合金的道具進行切割。在采用金剛石砂輪對陶瓷復合材料進行常規切割是有兩種速度，一種是250r/min，另外一種是4000r/min[2]。

（2）鉆孔和仿型銑

復合材料機械加工是，在復合材料上面進行鉆孔或者是做仿型銑的時候，大多數的熱固性復合材料在鉆孔和仿型銑的時候會產生收縮，所以，在對其進行加工的時候，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，在進行鉆孔的過程當中，必須保持鉆頭的鋒利。

在對碳纖維復合材料進行加工的時候，由于碳纖維材料的性質與金屬不同，所以在對于碳纖維復合材料進行加工的時候，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行加工的時候，要防止在出口短出現纖維分層的現象，在結構開敞的條件下，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分層和劈裂的現象。

（3）車削和磨削、

聚合物復合材料常用在普通車床或者臺式車床上面就能夠進行車削、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 高精度的聚合物復合材料零件。在進行加工的過程當中，最為常用的便是30～240的傻大或者鼓式砂輪機，熱塑性聚合物復合材料一般采用常規機械打磨，在打磨的過程當中，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合材料進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，復合材料層合板采用一般工藝就能夠在標準的機床上面進行車削，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，進刀量采用0.05～0.13mm/r。

四、直升機復合材料的要求

鋁基復合材料的性能：鋁基復合材料是應現代科學發展需求而涌現出的具有強大生命力的材料，它由兩種或兩種以上性質不同的材料通過各種工藝手段復合而成。鋁基復合材料擁有低密度、良好的尺寸穩定性、耐磨性、韌性、熱能性等方面優點，在航空領域尤其是直升機的制造過程當中被普遍應用。

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

結束語：總而言之，在復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用當中根據具體情況進行具體的分析，并且能夠針對不同的復合材料，選取相應的加工方法。并且，在實際應用的過程當中要不斷的做出總結、分析和改善，不斷的完善我國在復合材料方面的機械加工方法。

參考文獻：

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

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

[3] 王華. 飛機先進復合材料結構裝配協調技術研究現狀與發展趨勢[J]. 航空制造技術， 2018， 61（7）：26-33.