復合材料制品設計過程中需要考慮的機械加工問題

摘?要：復合材料是生活中常見的一種人造材料，已經廣泛應用于各行各業，由于其復合特性，使得復合材料在進行機械加工時，需要的操作和步驟比起單一材料制品更為繁瑣。本文就復合材料在設計過程中需要考慮的機械加工問題進行了探討，包括復合材料的層次結構、質量和加工方式的選擇以及材料加工模具的使用這四個方面。

關鍵詞：復合材料制品;設計;機械加工

復合材料從被發明到使用，已經有半個世紀左右的時間了，復合材料具有單一材料的優點的同時，又可以規避掉單一材料的弱點[1]。一般來說人們設計加工的復合材料強度較高的同時，還可具有質量較輕，應用面廣的特點。如今復合材料的應用在日常生活和科研建筑軍事以及其他諸多領域都有涉及。而復合材料進行機械加工則是機械材料引用于各個產業的前提，機械加工的水平和質量會深深影響到復合材料的水平和質量[2]。所以在進行復合材料制品的設計時需要考慮到機械加工復合材料制品復合材料制品能夠滿足設計方案，考慮機械加工對復合材料的影響。本文就復合材料制品設計過程中需要考慮的機械加工問題進行探究。

一、機械加工在復合材料的使用現狀

復合材料作為一種廣泛應用的工程材料，在應用到工程施工前一般都需要進行機械加工[3]。但也有極少復合材料可以不用進行機械加工，可以直接應用的，模壓制品就是其中之一;也有的復合材料只需要簡單的進行邊角料的剔除，手糊復合材料制品就是例子。但總體來說，絕大多數的復合材料制品需要用到機械加工。

二、復合材料制品在設計階段應考慮的機械加工因素

（一）層次結構性

復合材料制品在設計和加工時要考慮機械加工對材料的層次性影響，一些機械加工會破壞復合材料的層次，影響復合材料的整體性能，甚至破壞掉材料的應有功能，材料的結構受到影響。如以生產一個滾筒狀材料為例子，如果直接采用車削的方式將材料形狀制造出來，就會有較大可能讓滾筒狀材料的外層材料脫落，材料的纖維層也會因此斷裂，而車削的機械加工方式比較粗暴直接，在操作時不能保證不對滾筒材料的結構產生影響，有可能破壞材料的結構。而如果用另一種加工方式，如先將材料制作為圓筒，再采用車削的方式將圓筒削成波紋一樣的形狀，然后在圓筒的表面纏上復合材料需要的厚度并固定，最后再次車削將材料制作為滾筒并讓其質量和形狀符合要求[4]。按照這樣的加工方式，可以保證材料的層次性和結構性。

（二）質量

機械加工的質量決定了復合材料的質量，所以在設計復合材料的模型時，選擇真空浸漬和模壓成型的方式對復合材料加工材料往往有著更好的效果。使用層壓板對復合材料進行加工可以得到更好的性能。

（三）加工工藝

在當前的復合材料加工中，復合材料的加工工藝比起金屬加工仍然算是比較少的，但由于復合材料的問世時間比起金屬材料加工只有短短幾十年的時間，因此了解復合材料加工工藝的人仍然比較少。但是復合材料的設計師必須足夠了解機械加工的工藝，了解機械加工在復合材料的加工中應用的加工方式和可解決的問題以及不能解決的問題，了解機械加工在復合材料加工中對復合材料質量的影響。只有在掌握以上機械加工的知識后，設計復合材料才有了基礎的加工知識，知道自己設計的復合材料能不能通過機械設計的方式做出來，避免設計的復合材料無法被生產或者生產中出現質量問題。在實際的復合材料生產方式中，磨削加工在復合材料的加工中可以最大程度的滿足復合材料的需求，生產出的復合材料質量好，性狀改變小。但是磨削加工這一生產方法需要的生產成本高，不適宜所有的復合材料加工都應用這一生產方式，但在某些要求高的復合材料生產中，可以采用這種方式進行生產加工;常規的車削是常用的復合材料外表面加工方法，但上文也已經提到，在應對滾筒狀的復合材料時，車削直接應用效果不好，可以不再用車削加工方式，改用其他的工藝讓滾筒的表面更加光滑有質量;銑削加工一般在復合材料的機械加工中應用于板型和矩形產品，銑削加工可以有效的處理產品的圓形孔和凹槽。但是在對復合材料的結構質量進行加工時，可能效果就不會那么好，加工后的復合材料的結構容易被破壞。復雜的復合材料加工，可以應用膠接、鉚接的方式進行產品的組裝，避免產品結構受損。

（四）模具和工裝

在進行復合材料的模具制作和設計時，需要考慮模具的加工范圍，一般來說，復合材料的模具的選擇多為圓狀和管狀，這種模具制作出來的復合材料一般只進行表面的加工。而內部由模具自身制作完成。這就對模具的承受能力提出了要求，如果模具的承受能力有限導致在進行復合材料的切削時模具產生了形變，就會導致復合材料的生產也隨之而出現質量問題，也無法保證在細節上，復合材料制作的產品是否足夠精細。工裝則是為了對模具生產出來的產品起到固定、支撐和保障精度，例如組合后的模制品在脫離模具后還需要一些加工，利用一些工裝工具對這些產品進行固定和連接，就是工裝，也是為了方便接下來的機械加工。

三、結語

復合材料由于其特殊性對機械加工的需求主要就是四點，一就是層次和結構，機械加工后的復合材料制品結構不能被破壞，層次不能斷裂，保證兩者的完整性;二就是加工的質量，應該保證纖維浸漬性好、空隙率小或原材料水平高的復合材料制品的加工性能較高;三就是加工的工藝，復合材料的設計師必須足夠了解機械加工的工藝，了解機械加工在復合材料的加工中應用的加工方式和可解決的問題以及不能解決的問題，了解機械加工在復合材料加工中對復合材料質量的影響;四是模具和工裝，模具和工裝需要有一定的強度，工裝則是為了對模具生產出來的產品起到固定、支撐和保障精度，所以保證模具的強度和選擇合適的工裝都是必須的。

參考文獻：

[1]管偉琦.激光跟蹤儀在復合材料制品測量中的應用[J].纖維復合材料，2018，37（4）：23-25.

[2]楊凌峰，蔡浩鵬，陳恩，等.碳纖維復合材料纏繞制品抗外壓性能研究[J].玻璃鋼/復合材料，2018，（4）：15-20.

[3]趙亮，吳偉萍，馬國鋒.水下潛水器用復合材料制品的應用研究[J].纖維復合材料，2017，34（2）：25-26，35.

[4]陳雯.纖維復合材料纏繞制品機械加工工藝優化[J].自動化應用，2017，（2）：50-51.

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