复合材料制品设计过程中需要考虑的机械加工问题
来源:用户上传
作者:
摘 要：复合材料是生活中常见的一种人造材料，已经广泛应用于各行各业，由于其复合特性，使得复合材料在进行机械加工时，需要的操作和步骤比起单一材料制品更为繁琐。本文就复合材料在设计过程中需要考虑的机械加工问题进行了探讨，包括复合材料的层次结构、质量和加工方式的选择以及材料加工模具的使用这四个方面。
关键词：复合材料制品;设计;机械加工
复合材料从被发明到使用，已经有半个世纪左右的时间了，复合材料具有单一材料的优点的同时，又可以规避掉单一材料的弱点[1]。一般来说人们设计加工的复合材料强度较高的同时，还可具有质量较轻，应用面广的特点。如今复合材料的应用在日常生活和科研建筑军事以及其他诸多领域都有涉及。而复合材料进行机械加工则是机械材料引用于各个产业的前提，机械加工的水平和质量会深深影响到复合材料的水平和质量[2]。所以在进行复合材料制品的设计时需要考虑到机械加工复合材料制品复合材料制品能够满足设计方案，考虑机械加工对复合材料的影响。本文就复合材料制品设计过程中需要考虑的机械加工问题进行探究。
一、机械加工在复合材料的使用现状
复合材料作为一种广泛应用的工程材料，在应用到工程施工前一般都需要进行机械加工[3]。但也有极少复合材料可以不用进行机械加工，可以直接应用的，模压制品就是其中之一;也有的复合材料只需要简单的进行边角料的剔除，手糊复合材料制品就是例子。但总体来说，绝大多数的复合材料制品需要用到机械加工。
二、复合材料制品在设计阶段应考虑的机械加工因素
（一）层次结构性
复合材料制品在设计和加工时要考虑机械加工对材料的层次性影响，一些机械加工会破坏复合材料的层次，影响复合材料的整体性能，甚至破坏掉材料的应有功能，材料的结构受到影响。如以生产一个滚筒状材料为例子，如果直接采用车削的方式将材料形状制造出来，就会有较大可能让滚筒状材料的外层材料脱落，材料的纤维层也会因此断裂，而车削的机械加工方式比较粗暴直接，在操作时不能保证不对滚筒材料的结构产生影响，有可能破坏材料的结构。而如果用另一种加工方式，如先将材料制作为圆筒，再采用车削的方式将圆筒削成波纹一样的形状，然后在圆筒的表面缠上复合材料需要的厚度并固定，最后再次车削将材料制作为滚筒并让其质量和形状符合要求[4]。按照这样的加工方式，可以保证材料的层次性和结构性。
（二）质量
机械加工的质量决定了复合材料的质量，所以在设计复合材料的模型时，选择真空浸渍和模压成型的方式對复合材料加工材料往往有着更好的效果。使用层压板对复合材料进行加工可以得到更好的性能。
（三）加工工艺
在当前的复合材料加工中，复合材料的加工工艺比起金属加工仍然算是比较少的，但由于复合材料的问世时间比起金属材料加工只有短短几十年的时间，因此了解复合材料加工工艺的人仍然比较少。但是复合材料的设计师必须足够了解机械加工的工艺，了解机械加工在复合材料的加工中应用的加工方式和可解决的问题以及不能解决的问题，了解机械加工在复合材料加工中对复合材料质量的影响。只有在掌握以上机械加工的知识后，设计复合材料才有了基础的加工知识，知道自己设计的复合材料能不能通过机械设计的方式做出来，避免设计的复合材料无法被生产或者生产中出现质量问题。在实际的复合材料生产方式中，磨削加工在复合材料的加工中可以最大程度的满足复合材料的需求，生产出的复合材料质量好，性状改变小。但是磨削加工这一生产方法需要的生产成本高，不适宜所有的复合材料加工都应用这一生产方式，但在某些要求高的复合材料生产中，可以采用这种方式进行生产加工;常规的车削是常用的复合材料外表面加工方法，但上文也已经提到，在应对滚筒状的复合材料时，车削直接应用效果不好，可以不再用车削加工方式，改用其他的工艺让滚筒的表面更加光滑有质量;铣削加工一般在复合材料的机械加工中应用于板型和矩形产品，铣削加工可以有效的处理产品的圆形孔和凹槽。但是在对复合材料的结构质量进行加工时，可能效果就不会那么好，加工后的复合材料的结构容易被破坏。复杂的复合材料加工，可以应用胶接、铆接的方式进行产品的组装，避免产品结构受损。
（四）模具和工装
在进行复合材料的模具制作和设计时，需要考虑模具的加工范围，一般来说，复合材料的模具的选择多为圆状和管状，这种模具制作出来的复合材料一般只进行表面的加工。而内部由模具自身制作完成。这就对模具的承受能力提出了要求，如果模具的承受能力有限导致在进行复合材料的切削时模具产生了形变，就会导致复合材料的生产也随之而出现质量问题，也无法保证在细节上，复合材料制作的产品是否足够精细。工装则是为了对模具生产出来的产品起到固定、支撑和保障精度，例如组合后的模制品在脱离模具后还需要一些加工，利用一些工装工具对这些产品进行固定和连接，就是工装，也是为了方便接下来的机械加工。
三、结语
复合材料由于其特殊性对机械加工的需求主要就是四点，一就是层次和结构，机械加工后的复合材料制品结构不能被破坏，层次不能断裂，保证两者的完整性;二就是加工的质量，应该保证纤维浸渍性好、空隙率小或原材料水平高的复合材料制品的加工性能较高;三就是加工的工艺，复合材料的设计师必须足够了解机械加工的工艺，了解机械加工在复合材料的加工中应用的加工方式和可解决的问题以及不能解决的问题，了解机械加工在复合材料加工中对复合材料质量的影响;四是模具和工装，模具和工装需要有一定的强度，工装则是为了对模具生产出来的产品起到固定、支撑和保障精度，所以保证模具的强度和选择合适的工装都是必须的。
参考文献：
[1]管伟琦.激光跟踪仪在复合材料制品测量中的应用[J].纤维复合材料，2018，37（4）：23-25.
[2]杨凌峰，蔡浩鹏，陈恩，等.碳纤维复合材料缠绕制品抗外压性能研究[J].玻璃钢/复合材料，2018，（4）：15-20.
[3]赵亮，吴伟萍，马国锋.水下潜水器用复合材料制品的应用研究[J].纤维复合材料，2017，34（2）：25-26，35.
[4]陈雯.纤维复合材料缠绕制品机械加工工艺优化[J].自动化应用，2017，（2）：50-51.
作者简介：唐志安（1985-），男，汉族，上海人，本科，中级工程师，复材工装设计与工艺。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15146619.htm
