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复合材料先进加工制造技术的发展与应用要点

康海阁

北安市工商业联合会

摘要: 现阶段,加工制造技术愈加先进化,这在复合材料加工制造中也不例外。通过加强先进加工制造技术的应用,可以推进我国加工制造业的建设与发展。基于此,本文主要围绕复合材料先进加工制造技术进行探讨,先简单介绍复合材料含义,而后归纳复合材料先进加工技术的应用要点,包含激光焊接、感应焊接、超声焊接、电子束固化、激光切割以及超声切割技术等,最后总结复合材料先进加工技术发展趋势,希望可以为有关制造业人员提供参考,促进我国制造技术应用水平的提升。
关键词: 复合材料;先进加工制造技术;发展;应用
DOI:10.12721/ccn.2021.157071
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如今复合材料应用过程中,要求有关制造人员加强先进加工制造技术的应用,因为旧有的加工技术已经安逸满足实际加工制造生产的要求,不仅制造周期较长,而且还可能污染环境,增加实际制造成本,不利于制造企业的长远发展。故此,有关制造厂商需要提高复合材料先进加工制造技术应用的重视程度,通过实时激光焊接、超声焊接等制造技术,发挥先进加工制造技术的优势,进一步提高复合材料生产效率以及质量,解决实际加工制造中的难题,从而更有利于未来加工制造业的良好发展。

1复合材料简介

复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。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、金属丝和硬质细粒等。

2复合材料先进加工技术的应用

2.1激光焊接

复合材料加工制造时,要求技术人员掌握先进的加工技术,而激光焊接为先进加工技术中的一种,可以满足复合材料加工制造的要求。通过采用激光焊接技术,可以加强激光能量的利用,通过熔化材料、粘合材料等完成复合材料的焊接作业。需要注意地是,很多能量树脂材料并不能被吸收,所以树脂基复合材料中,有关加工人员可以结合实际情况,有选择性的增加添加剂,利用强化剂、填充剂等实现激光能量的有效吸取,方便有效开展复合材料的加工作业。

2.2感应焊接

感应焊接的基本原理是基于导体在磁场中产生感应电流。由于材料内存在电阻,会导致热耗散。加热单元埋留在胶接界面,因此,要求它和复合材料相匹配是很重要的。磁场可以用来加热石墨纤维和涂覆镍涂层的石墨纤维。Benatar 和Gutowski采用热塑性预浸料和涂獲镍涂层的石墨纤维进行了焊接试验。在两层聚合物膜之间夹层.的加热单元可以形成很好的胶接,

2.3超声焊接

超声焊接是一种由震动能引起表面激振而耗散成热能,从而导致表面熔化而流动来黏接零件。通常为了控制工艺,在焊接的零件之一的表面制成了人为的凹凸面,如两块热塑性复合材料焊接,其中之一要被制成带三角形的纯热塑性塑料的突棱来作为导能带。对于焊接大型零件,可以采用两种方法来进行焊接:(1)序列焊接法嵌人焊接复合材料时 将零件划分成区域, 连续焊接这些相邻的区域,直至完成整个零件;(2)扫描焊接法焊接时零件以恒定速度移动来完成焊接。对PEEK/石墨复合材料焊接表面使用UI-tem(全能阻燃)薄膜时,采用序列焊接方法可以获得非常高的搭接剪切强度。

2.4电子束固化

电子束固化是辐射固化的一种,主要用于树脂基复合材料的成型;是应用高能电子束引发预浸料中的树脂基体发生交联反应。与传统固化工艺比较,具有很多优点:可以实现室温或者低温固化;节约能源;速度快,周期短;适于大型制件;可选择区域;无污染;可连续化操作。国外电子束固化的研究起步于上世纪80年代初。法国于上世纪90年代将该技术应用于火箭发动机壳体;美国陆军采用该技术成功制造了远程光纤制导导弹的整体燃料箱及其发动机进气道的样件;加拿大采用该技术修补了A320飞机的某一整流罩。我国对电子束固化技术的研究还处于起步阶段,采用电子束固化制造的复合材料还存在纤维-基体界面较弱,制件的质量稳定性较差等问题。

2.5激光切割

激光切割速度一般超过机械切割速度,对复合材料切割厚度可达几毫米,切割宽度一般为0.1~0.5 mm。与传统切割法相比,激光切割有很多优点:它能开出狭窄的切口,几乎没有切割残渣,热影响区小,切割噪声小,切割速度快,并可以节省材料15%~30%,成本低等。目前薄材切割速度可达15 m/min,热影响区只有切缝宽的10% ~20%,最大切割厚度可达45 mm,已广泛应用于飞机三维蒙皮、框架、舰船船身板架、直升机旋翼、发动机燃饶室等。

2.6超声切割

超声切割,顾名思义,就是利用超声技术进行复合材料的切割,可以实现超声振动能量的有效利用,最终达到复合材料加工处理的作用。在实际加工制造工程中,该技术的作用比较明显,尤其与以往铣加工方式先比,其切割效率更高,而且切割精准性也有所提升,能够满足多种复合材料加工切割的需要。目前而言,这类技术已经被应用在各个复合材料生产领域,尤其在飞机制造领域应用较广,能够切实满足航空制造的需要,提升复合材料制造技术水平。实现复合材料先进加工技术中的有效运用。

3复合材料先进加工技术的发展趋势

复合材料有很多,各个复合材料性能不一,加工技术要求也有所不同。就树脂基复合材料而言,这类复合材料具有高强度、高温度等应用特点,通过加强该材料的应用,可以更好地满足生产领域的需求,尤其在我国航空制造产业中有着较好的应用。现阶段,在我国航空武器装备发展过程中,这类复合材料加工制造成为关键,对于其加工技术应用提出更高的要求。有关部门必须要注重引进先进的加工制造技术,使得复合材料性能得到有效发挥。未来发展过程中,复合材料先进加工技术的发展趋势主要体现在以下几点:其一,加工制造技术先进性有所提升。无论是加工制造技术自动化程度,还是综合性价比等,都更为契合实际复合材料使用需要,在经济上与操作上达到统一。其二,复合材料加工技术将有所创新,不断开发新的加工制造工艺。其三,加工制造系统将会变得更为智能化、柔性化,推进我国加工制造业的建设与发展。

4结语

伴随我国加工制造业的建设与发展,很多人开始认识到复合材料先进加工制造技术的重要性,因为先进的加工制造技术是复合材料加工制造的基础,制造企业可以利用该技术竞争优势开展加工制造,实现经济效益的增加,同时也有利于加工制造技术水平的不断提升。未来发展过程中,有关研究学者有必要加强多种复合材料先进讲给你制造技术的研究,结合实际情况进行技术改进,使得加工制造设备性能得到完善,促使整体加工制造精度提升,满足自动控制等方面的需要,真正推动加工制造领域的新发展。

参考文献

[1] 杨纪龙, 景磊, 刘甲秋,等. 复合材料先进技术发展概述[J]. 纤维复合材料, 2019, 036(001):38-42.

[2] 宁莉, 杨绍昌, 冷悦,等. 先进复合材料在飞机上的应用及其制造技术发展概述[J]. 玻璃钢/复合材料, 2020, 000(005):123-128.

[3] 李敬. 浅析先进制造技术的发展现状与趋势研究[J]. 国际教育论坛, 2020, 2(7):197.