探究航空领域复合材料的机械加工技术

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　　摘要：近几年来，随着我国航空航天事业的发展进程，我国在航空航天领域复合材料的研究上面也取得了实质性，突破性的进展。据调查发现，近几年来，复合材料在航空领域上面已经获得大量应用，并且取得了一定的成果，并且帮助飞机成功减轻自身自重，取得这一成果，复合材料在其中是功不可没的，本文将从复合材料的特点、分类，以及针对于不同复合材料的加工方法对于复合材料的机械加工技术进行分析。
　　关键词：航空领域;复合材料;机械加工
　　随着现代航空科技的飞速发展，飞机变得越来越轻、越来越快，在航空事业上面取得这样大的成就，不仅仅是因为航空发动机技术发展的大力推进，同时复合材料的飞速发展也是其中的一大助力。目前，复合材料在当前的航空领域的事业之中应用广泛，这便使复合材料的机械加工技术得到了快速发展。
　　一、航空领域复合材料的发展前景
　　复合材料与金属、高聚物、陶瓷并称为四大材料。一个国家的复合材料工业水平，是衡量该国家和地区科技与经济实力的重要标志之一。自新中国成立以来，我国航空航天事业飞速发展，对航空航天材料提出更多新要求。为更好地满足现有航天航空材料发展要求，要进一步加快研发新性能、高质量的复合型材料，使我国航空航天复合材料的研发在世界竞争中占有一席之地。先进复合材料具有高性能、多功能和智能化的特点。由于其可塑性强，质量轻，现已被大量运用到航空航天、医学、机械、建筑等行业。在未来的航空领域市场当中，复合材料将会以其独有的优势占领大面积的市场。
　　二、复合材料的特点分析
　　复合材料是人们运用先进的材料制造技术，将不同性质的材料组分优化组合之后而形成的一种新型材料。一般情况下需要满足以下几个条件才可以成为复合材料。第一，复合材料必须是人造的，是人们根据生产需要的不同，而设计制造出来的材料。第二，复合材料必须拥有两种以上的化学、物理性质不同的材料组分，同时以设计的形式，将形式、比例、分布等进行整合，从而形成一种新型材料，兵器各组分只见还有着明显的界面存在。第四，复合材料不仅能够保持各组分材料性能的优点，而且通过各组分性能之间的互补和关联能够达到单一组成材料所不能达到的综合性能[1]。
　　复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属。
　　三、航空领域复合材料机械技术研究
　　复合材料的机械加工是复合材料制造品生产工艺的一个重要环节。通过加工方法的不同，通常将其分为常规方法和非常规两种方法。常规方法简答容易，方便加工，但是其加工的质量不高，并且容易损坏加工件，同时道具的磨损也比较快，而且能以加工太过复杂的零件。非常规的方法虽然有些复杂，但是其加工质量高，刀具的磨损度小，并且能够加工复杂形状的工件。下面本文将对两种方法分别进行介绍。
　　1、复合材料常规机械加工方法
　　 （1）锯切
　　 在对复合材料进行加工的时候，对于玻璃纤维增强热固性基体层压板，便需要采用手锯或者是圆锯对其进行切割。同时，碳纤维增强复合材料便需要采用金刚，砂刀等工具对其进行切割，而同时，切割工艺的参数与碳纤维增强复合材料的厚度有着极大的关系。热塑性树脂材料便需要采用带锯或者圆锯对其进行切割，金属复合材料可用镶有金刚石的线锯进行切割，不过，其切割速度较慢，并且只能对其进行直线锯切。石墨，环氧等复合材料便需要使用镶有硬质合金的道具进行切割。在采用金刚石砂轮对陶瓷复合材料进行常规切割是有两种速度，一种是250r/min，另外一种是4000r/min[2]。
　　 （2）钻孔和仿型铣
　　 复合材料机械加工是，在复合材料上面进行钻孔或者是做仿型铣的时候，大多数的热固性复合材料在钻孔和仿型铣的时候会产生收缩，所以，在对其进行加工的时候，要同时考虑一定的余量，也就是说，钻头或者仿型铣的尺寸一般需要略大于孔径和尺寸，在钻孔的过程当中，最好垫上垫板，这样能够在很大的程度上避免边缘分层和外层撕裂。与此同时，在进行钻孔的过程当中，必须保持钻头的锋利。
　　 在对碳纤维复合材料进行加工的时候，由于碳纤维材料的性质与金属不同，所以在对于碳纤维复合材料进行加工的时候，便不能够与加工金属材料同样的方法，在对于碳纤维材料进行加工的时候，要防止在出口短出现纤维分层的现象，在结构开敞的条件下，空的出口面需要使用硬度和密度都比较高的度板支撑并垫实，这样能够有效的防止孔出口出现分层和劈裂的现象。
　　（3）车削和磨削、
　　 聚合物复合材料常用在普通车床或者台式车床上面就能够进行车削、挫削和切割。在目前，其使用的刀具一般采用高速钢、碳化钨、和金刚石刀头。同时，采用砂磨或者磨削都可以加工出 高精度的聚合物复合材料零件。在进行加工的过程当中，最为常用的便是30～240的傻大或者鼓式砂轮机，热塑性聚合物复合材料一般采用常规机械打磨，在打磨的过程当中，需要同步添加冷却剂，从而有效的防止磨料阻塞。在对热塑性聚合物复合材料进行磨削的时候一般有两种机械可用，一种便是湿法砂带磨床，另外一种便是干法或者湿法研磨盘。在使用碳化硅或者氧化铝砂轮磨削的时候，不允许使用流动冷却剂，以防止工件变软[3]。在通常状况下，复合材料层合板采用一般工艺就能够在标准的机床上面进行车削，同时其可以采用的工具也比较多，黄铜铣，高速钢铣刀，碳化钨铣刀和金刚石铣刀均可应用。同时，铣刀的后脚必须磨成7～12°，铣刀要非常锋利，同时，高速铣刀的铣削速度建议采用180～300m/min，进刀量采用0.05～0.13mm/r。
　　四、直升机复合材料的要求
　　铝基复合材料的性能：铝基复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料，它由两种或两种以上性质不同的材料通过各种工艺手段复合而成。铝基复合材料拥有低密度、良好的尺寸稳定性、耐磨性、韧性、热能性等方面优点，在航空领域尤其是直升机的制造过程当中被普遍应用。
　　铝基复合材料的加工方法：铝基复合材料需要在压力400～600Mpa的压力条件下进行压制，之后还要采用CO2激光加工机发射高能激光束，引發压坯自蔓延烧结，生成原位铁铝基复合材料，激光点燃时间为15～25s，自蔓延烧结的反应速度为3～5mm/s。
　　结束语：总而言之，在复合材料的机械加工方面，针对于每种材料都有其不同的加工方法，并且在加工的时候也会有比较特殊的要求，这就需要在实际的应用当中根据具体情况进行具体的分析，并且能够针对不同的复合材料，选取相应的加工方法。并且，在实际应用的过程当中要不断的做出总结、分析和改善，不断的完善我国在复合材料方面的机械加工方法。
　　参考文献：
　　[1] 祁萌， 李晓红， 高彬彬. 国外航空领域机器人技术发展现状与趋势分析[J]. 航空制造技术， 2018， 61（12）：97-101.
　　[2] 刘伟， 田治坤， 楚天舒，等. 复合材料在航空航天领域中的应用探究[J]. 科技风， 2017（7）：6-6.
　　[3] 王华. 飞机先进复合材料结构装配协调技术研究现状与发展趋势[J]. 航空制造技术， 2018， 61（7）：26-33.
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