探讨影响复合材料孔机械加工的因素

摘 要：对于复合材料制品的合格率，孔加工具有重要的影响，目前对于复合材料的孔加工手段为机械加工。而由于受到一定因素的影响，复合材料孔的质量会出现差异。本文主要对复合材料孔机械加工的影响因素进行简单的阐述。

关键词：复合材料;孔加工;机械加工

随着科学技术的发展，复合材料的应用也逐渐变得广泛，比如航空航天以及建筑等领域，复合材料都有着巨大的作用。而在对复合材料制件进行利用的过程中，不仅要对制造工艺参数进行优化，还要采用精准的机械加工方法，才能对设计的要求进行满足[1]。在制品的生产过程中，机械加工是极其重要的工艺环节，对复合材料的质量有着直接的影响，特别是孔的加工。对于复合材料的制孔过程，不仅有传统金属材料制孔缺陷，还会有复合材料结构特有的缺陷，比如起毛、材料分层等现象，而且对于复合材料中的孔，往往会连接其他的材料进行配合，这些部位常常是整个结构中薄弱或者关键的位置[2]。所以，在对复合材料进行设计时，工程师应当对影响孔质量的因素进行全面的考量，从而保障良好的复合材料孔质量。

一、对于复合材料制品孔成型设计过程中机械加工问题的考虑

（一）对孔成型方案的考虑

可以从具体的技术要求、环境问题以及结构的完整性等多个方面对于复合材料结构的孔成型采用何种的加工方法进行考虑。对于复合材料而言，采用孔加工会使其结构的完整性受到破坏，因此基本上采取越简单的加工制造工艺和越少的工序，对产品质量就会产生越小的影响。因此对于某些能够采用模压或其他方式的成孔制品，应当尽量避免机械加工;而对于那种孔的数量较多，或是对于技术、精度有着较高要求的，则需要通过机械加工来进行解决，不仅简单有效，还能对制品的质量起到良好的保证。

（二）对孔机械加工时各种因素的综合考虑

（1）结构的考虑。复合材料结构层的连续性会在孔加工时容易遭受破坏，从而对产品的受力能力以及使用寿命产生一定的影响，因此在对产品进行加工时，要对主要结构层的承力能力进行良好的保证，从而对制品的使用要求进行满足;除此之外，对于具有较高要求质量的孔加工，在保证技术要求的前提下还要对加工的省时、工装的易安装等易加工性进行充分的考虑。

（2）对产品结构质量与原材料的考虑。对于复合材料的加工，选择浸渍性好与空隙率小的材料能够使产品的性能得到有效的提高。比如对于真空浸渍的材料，采用层压板进行加工，具有良好的加工性能，而对于玻璃钢材质制孔，制孔的质量合格率会由于原材料的浸渍性不好而降低。

（3）对加工工艺选择的考虑。复合材料是由纤维和基体组成的二相或多项结构，具有非均质以及各向异性等特点，和传统材料有着较大的差别，所以对于复合材料的加工并不能根据传统金属材料的加工经验和知识加工，否则会使得产品产生一系列的问题。比如在对金属进行钻削时，如果对复合材料采用传统的加工方法进行加工，将会出现孔壁周围材料发生分层、孔形不圆以及出现尺寸误差等情况。

二、影响复合材料制孔质量的因素

（一）工装

一般是在制品脱模后进行孔加工，而在进行加工时，需要对固定、支撑以及连接等操作采用专门的工装卡具进行，从而使得机械加工更加快捷，而对于高要求的加工精度制品的安装，还需要通过钻模才能进行良好的保证。对于工装的设计，需要考虑的因素主要有：①对定位基准的确定。一般而言，对于定位基准的选择一般都是产品本身精度高的面或者孔。②对夹紧机构的设计。机床具有的加紧工具并不是适用于所有的产品，所以为了使机床上的操作更加简便，应在工装上进行夹紧机构的设计。③省时性。对于工装的设计，应当充分考虑工装的易装卸，使工人能够进行简单的操作就能完成加工，从而使工作效率得到有效的提高。

（二）刀具

对于复合材料难加工的问题，选用合理的刀具材料以及刀具结构等能够进行有效的解决。加工时空的成型质量会受到钻头材料、钻速以及钻头后角等因素的影响。对于后角的选择，一般会根据加工厚度以及刀具材料等来进行设定，从而使得加工效率达到最佳，而对于钻速而言，要对钻孔质量和钻头磨损的大小进行考虑，虽然高速鉆孔具有分层小、孔质量好等优点，但对于钻头的磨损较为严重。而且复合材料往往具有硬度高以及难切削等特点，且具有较高的预加工附加值，因此对于复合材料的制孔刀具有着较高的要求。目前市场上适合加工复合材料的金刚石增强刀具有PVD金刚石涂层硬质合金、高压整体烧结金刚石整体硬质合金钻头以及CVD金刚石涂层硬质合金等[3]。

（三）人为因素

孔的形位精度会由于操作工人的加工经验、操作误差等因素产生影响，特别是对于工装的装卸，应对定位面、孔进行保证，使夹紧装置正确到位。而且部分技术工人对于新产品的加工会按照经验理解进行加工，对定位销的定位作用进行忽略，从而使得孔的位置出现了偏差，或是忘记使用出口垫块，导致分层、劈叉等缺陷的出现。这些问题都会导致成本的浪费以及交货时间的延误。

（四）维护

产品的质量要求以及加工效率会由于加工工装、刀具以及车床的维护而得到有效的保证。对于打孔工装一般来说多是采用金属工件，因此容易产生磨损，而细心的维护能够使磨损减少。而刀具的磨损是复合材料制孔中的常见问题，因此在进行制孔时要对刀具进行及时的更换，从而避免打孔质量问题的出现。另外，机床是孔加工最主要的硬件设施，因此对机床进行定期的养护，能够有效减少加工精度下降情况的出现，保证孔的高质量。

三、结语

对复合材料进行机械加工时，应当对结构进行严密的考虑，从而避免主要结构层的连续性被破坏，并且还应选择合适的原材料与加工工艺进行加工，从而确保产品的质量。除此之外，对于复合材料制孔质量因素的考虑时，还应当充分对工装、刀具、人为因素以及设备的维护进行考虑，从而有效避免打孔质量问题的出现，保证产品的高质量。

参考文献：

[1]陈雯，梁辉.探讨影响复合材料孔机械加工的因素[J].橡塑技术与装备，2016，42（24）：49-50，54.

[2]温泉，巩亚东，赵悦.碳纤维复合材料小孔加工难点与研究现状[J].机械设计与制造，2018（5）：266-268，272.

[3]宁蒙川.纤维增强复合材料的机械加工技术研究[J].科技创新导报，2017，14（13）：71-72.

作者简介：唐志安（1985-），男，汉族，上海人，本科，中级工程师，研究方向：复材工装设计与工艺。