1复合材料制品孔成型设计过程中需要考虑的机械加工问题
1.1孔机械加工时应综合考虑的各种因素1.1.1结构结构的考虑:①保证结构的承力能力。孔加工时容易破坏复合材料结构层的连续性，从而影响产品的受力能力和使用寿命。因此在加工的时候，要保证主要结构层的承力能力，以满足制品的使用要求;②易加工性。对于质量要求高的孔，在保证技术要求的前提下，还要考虑易加工性，包括工装的易安装、加工的省时、钻削操作等。1.1.2产品的结构质量和原材料纤维浸渍性好、空隙率小，可以提高产品的加工性能，如真空浸渍或模压成型的材料，用层压板来加工各种产品，其加工性会很好。若是玻璃钢材质制孔，如果原材料的浸渍性不好，制孔的质量合格率就会大大降低。1.1.3加工工艺的选择由于复合材料与传统材料的特点不同，它是由纤维和基体组成的二相或多相结构，是非均质和各向异性的，且硬度高，所以复合材料的机械加工与金属材料有着本质的区别，因此不能将加工传统金属材料的经验和知识直接应用于复合材料的加工。如在复合材料制孔时采用传统的钻削金属的方法将产生较多的问题。主要有:①孔出口撕裂和起毛;②人口劈裂;③孔壁周围材料发生分层;④孔壁表面粗糙及微裂纹;⑤孔形不圆及尺寸误差等。因此需要工程师熟悉了解各种要求的孔由哪些机械加工方法可以完成，了解各种机械加工方法能解决什么样的加工问题，了解各种加工方法对复合材料质量的影响。
2影响复合材料制孔质量的因素探讨
2.1工装对于工装的考虑，广义上讲，模具本身也是加工胎具、加工工装。但是对于孔加工而言，一般都是在制品脱模后加工，加工时需要使用一些专门的工装卡具进行固定、支撑、连接，以便进行机械加工，加工精度要求高的制品还需要由钻模保证。对于工装的设计有以下几点考虑因素:①确定定位基准，这是制孔精度的首要保证。一般首先选择产品本身精度高的面或孔来作定位基准;②夹紧机构的设计，一般而言，机床都有自己的夹紧工具，但是并不是对所有产品都通用，因此需要在工装上设计夹紧机构，以便于机床上的操作;③省时性，在进行工装设计时，要考虑工装的易装卸，并便于工人操作，最好设计成在一个工序就能将零件上所有的孔完成加工，以便节约工时提高工作效率。2.2刀具对于复合材料而言，选用合理的刀具材料、刀具结构及几何参数是解决复合材料难加工问题的关键。不同钻头材料、钻头后角，以及加工时钻速的选择都会对孔的成型质量有不同程度的影响。以碳纤维为例，采用相同的工装加工相同的孔，一般的钻头常规材料如:W18Cr4V、C05Si，钻头磨损相当严重，且钻孔的周围复合材料分层量大，而采用硬质合金钻头来加工，钻头的磨损情况大大下降，而且孔的质量好。钻头后角角度不同，加工时产生的分层和毛刺问题也会各不同。后角的设定一般根据产品材料、加工厚度、刀具材料来选择，从而达到最佳加工效果，即钻孔分层少、毛刺少，且钻头磨损量小。对于钻速而言，高速钻孔分层小，且孔的质量较好，但是高转速钻头的磨损较快。在选择转速时，要考虑钻孔质量和钻头磨损的大小。由于各类纤维增强环氧树脂、聚酯和乙烯基塑料，硬度高、难切削，并且不能容忍加工过程中的一点点异常偏差，且复合材料产品预加工附加值高，更不允许废品的产生。因此对复合材料制孔刀具的要求也越来越高，目前市场上有4种金刚石增强刀具适合加工复合材料:CVD金刚石涂层硬质合金、PVD金刚石涂层硬质合金、整体硬质合金基体上钎焊金刚石刀片以及高压整体烧结金刚石(PCD)整体硬质合金钻头。2.3人为因素技术工人的加工经验、对车床的使用情况，以及操作误差对孔的形位精度也有影响。尤其是加工时对工装的装卸，保证定位面、孔，以及夹紧装置的正确到位。对于新产品加工时有些技术工人按经验理解工装的使用情况，有时忽略定位销的定位作用，只用夹具工具夹紧，从而在加工时，会出现孔的位置出现偏差，使产品报废，或是忘了使用出口垫块，从而在加工时出现分层、劈叉等缺陷。加上出现问题后不上报，导致产品报废率增加、延误交货时间、增加成本浪费。2.4维护对加工工装、车床、刀具的维护，可使产品在反复加工后，保证其质量要求以及加工效率。一般而言，打孔工装多采用金属工件，在使用时容易磨损，因而需要细心维护。同时刀具在使用过程中容易磨损，这是复合材料制孔中常见的问题，因而要及时更换，以免在生产中出现打孔质量问题。机床的定期保养和维护，是对孔加工最主要硬件设施的基本保证。如果机床损伤严重，其加工精度会严重下降，将很难保证高质量孔的要求。
3结论
(1)复合材料在进行机械孔加工时需综合考虑以下各种因素:①结构:孔加工要保证产品结构完整性，避免主要结构层的连续性被破坏，同时要考虑易加工性;②结构质量和原材料: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;③加工工艺的选择:设计师要熟悉孔机械加工工艺，这样工程师就可以在产品设计时对孔机械加工提出具体的要求来保证产品质量;(2)同时也要考虑影响复合材料制孔质量的因素:①工装:工装是孔质量保证的基础，起到固定、支撑、保证精度、保证正确性等作用，所以设计合适的工装不容忽视;②刀具:选用合理的刀具材料、刀具结构及几何参数是解决复合材料难加工问题的关键;③人为因素和维护:技术工人的操作及工装、车床、刀具的维护对孔的形位精度也有影响。
作者：李香德 彭玉刚 单位：北京玻钢院复合材料有限公司 特种纤维复合材料国家重点实验室
