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(zhì)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(guān)鍵詞：復合材料;孔加工;機械加工

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，復合材料的應(yīng)用也逐漸變得廣泛，比如航空航天以及建筑等領(lǐng)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(shè)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中薄弱或者關(guān)鍵的位置[2]。所以，在對復合材料進行設(shè)計時，工程師應(yīng)當對影響孔質(zhì)量的因素進行全面的考量，從而保障良好的復合材料孔質(zhì)量。

一、對于復合材料制品孔成型設(shè)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(shù)要求、環(huán)境問題以及結(jié)構(gòu)的完整性等多個方面對于復合材料結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(yīng)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(shù)、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(zhì)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(jié)構(gòu)的考慮。復合材料結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)量的孔加工，在保證技術(shù)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(jié)構(gòu)質(zhì)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(zhì)制孔，制孔的質(zhì)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(jié)構(gòu)，具有非均質(zhì)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(zhì)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(shè)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(gòu)的設(shè)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(yīng)在工裝上進行夾緊機構(gòu)的設(shè)計。③省時性。對于工裝的設(shè)計，應(yīng)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(jié)構(gòu)等能夠進行有效的解決。加工時空的成型質(zhì)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(shè)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(zhì)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(zhì)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(yù)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(zhì)合金、高壓整體燒結(jié)金剛石整體硬質(zhì)合金鉆頭以及CVD金剛石涂層硬質(zhì)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(yīng)對定位面、孔進行保證，使夾緊裝置正確到位。而且部分技術(shù)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(zhì)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(zhì)量問題的出現(xiàn)。另外，機床是孔加工最主要的硬件設(shè)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(zhì)量。

三、結(jié)語

對復合材料進行機械加工時，應(yīng)當對結(jié)構(gòu)進行嚴密的考慮，從而避免主要結(jié)構(gòu)層的連續(xù)性被破壞，并且還應(yīng)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(zhì)量。除此之外，對于復合材料制孔質(zhì)量因素的考慮時，還應(yīng)當充分對工裝、刀具、人為因素以及設(shè)備的維護進行考慮，從而有效避免打孔質(zhì)量問題的出現(xiàn)，保證產(chǎn)品的高質(zhì)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(shù)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(shè)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(shù)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(shè)計與工藝。