時間：2022-02-22 18:47:42
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復(fù)合材料是一種多相材料，所謂多相是指兩種或者兩種以上的組織或者化學(xué)性能的材料，而復(fù)合材料就是將多相材料經(jīng)過各種加工方法加工而成。復(fù)合材料所含有的兩相為增強相與基體相。復(fù)合材料有兩種機械加工方法，即常規(guī)加工和特種加工兩種方法。常規(guī)加工工藝與金屬加工的方法相同，加工方法相對簡單，工藝相對較為成熟。然而，當(dāng)加工復(fù)雜工件的時候會對切削刀具產(chǎn)生很大的磨損，而且其加工質(zhì)量較差而且切削過程中所產(chǎn)生的粉末會對人體產(chǎn)生很大的影響。特種加工工藝過程相對較易監(jiān)控，加工時切削刀具與被加工工件接觸量很小甚至為零，這對自動化加工非常有幫助。但因為復(fù)合材料自身的復(fù)雜性，特種加工的應(yīng)用受到限制，所以相對而言，常規(guī)加工應(yīng)用較多。
1.1復(fù)合材料常規(guī)加工技術(shù)的研究
在復(fù)合材料加工初期，所采用的加工方法一般是金屬材料的加工方法。隨著復(fù)合材料的種類增多，加工過程當(dāng)中出現(xiàn)了很多的問題，例如刀具磨損較快等，這就要求復(fù)合材料的加工技術(shù)面向多樣化。后來，國內(nèi)外很多的學(xué)者相繼提出了一些關(guān)于復(fù)合材料加工的方法，并在原有方法的基礎(chǔ)上提出了進一步改進復(fù)合材料切削工藝以及更新切削刀具等一系列的觀點。直至后來，Koplev進行了很多的實驗，認(rèn)為復(fù)合材料切屑的形成其實就是其斷裂過程的發(fā)生，而這個觀點后來也得到很多人的認(rèn)可。自此，很多學(xué)者開始把重點轉(zhuǎn)向切削刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計等。
1.2復(fù)合材料特種加工技術(shù)研究
復(fù)合材料常規(guī)加工過程中會對切削刀具產(chǎn)生很大的磨損，而且其加工質(zhì)量較差而且切削過程中所產(chǎn)生的粉末會對人體產(chǎn)生很大的影響。此外，常規(guī)加工方法加工復(fù)雜工件也較為困難。而特種加工工藝過程相對較易監(jiān)控，加工時切削刀具與被加工工件接觸量很小甚至為零，有利于自動化加工，而且隨加工工件的切割面所產(chǎn)生的損傷很小，所以，被加工工件形變量會非常小。目前常用的復(fù)合材料特種加工方法主要有：超聲波加工以及電火花加工等等。
2復(fù)合材料加工難點分析
2.1材料切削性能差
復(fù)合材料在其密集處的脆性較大，所以切削較易崩裂，而在小分子區(qū)域，分子結(jié)合力很小，切削更易崩裂；而纖維密集處不容易被切斷，此時若切削刀具不夠鋒利而切削過程當(dāng)中的切削進給量又過大，這樣，材料纖維極易被成片扯離而發(fā)生一系列的缺陷。復(fù)合材料強度較大，切削性能也很差，在切削過程中更易發(fā)生“起毛”和“扯離”。同時，在復(fù)合材料加工過程當(dāng)中，刀具較易磨損而變鈍，這既會對被加工件的表面質(zhì)量及尺寸精度產(chǎn)生很大的影響，還會降低材料加工效率?？傊怯捎趶?fù)合材料本身的組成及其特性，而使其切削性能較差。
2.2零件結(jié)構(gòu)工藝性差
有很多零件都呈回轉(zhuǎn)體形狀，其主要是由柱、錐、曲面等所組成的，零件的主要的工作面大多是尖邊結(jié)構(gòu)，由單個圓孔或者錐孔等所形成，而這會嚴(yán)重影響復(fù)合材料的加工，而導(dǎo)致其在切削過程當(dāng)中極易出現(xiàn)翻邊以及崩邊。
3解決復(fù)合材料加工問題的措施
3.1改進毛坯結(jié)構(gòu)和模壓成型工藝
為了有利于材料加工，就要對結(jié)構(gòu)進行改進，主要方法就是減少直角邊,在臺階處要選擇光滑連接并且應(yīng)盡量減少尖角結(jié)構(gòu)。研究表明影響復(fù)合材料切削性能的一個很大的方面就是其組織的均勻性，此外，模壓過程當(dāng)中的預(yù)浸料預(yù)烘環(huán)節(jié)的均勻性也是影響復(fù)合材料切削性能的一個主要因素。
3.2選擇合適的刀具與切削參數(shù)
由于復(fù)合材料本身的特性，在進行復(fù)合材料切削加工時所用的切削刀具硬度要高，同時還要滿足耐沖擊以及耐磨等條件。而硬質(zhì)合金作為一種能承受較大沖擊負(fù)荷的材料可以同時滿足上述條件。此外，人造金剛石以及立方氮化硼都是超硬的材料，所以可以用這三種材質(zhì)刀具進行切削，同時選擇合適的速度及進給切削參數(shù)。
3.3優(yōu)化加工方法
研究各種加工方法可以減少復(fù)合材料加工問題的發(fā)生，通過對復(fù)合材料進行各方面的分析研究，筆者總結(jié)出如下幾個方法。(1)合理編排切削路徑。在復(fù)合材料的加工過程當(dāng)中，如果被加工件的切削部位受到很大的拉應(yīng)力會使其發(fā)生“翻邊”、“崩邊”等現(xiàn)象。所以，在進行切削的時候要按“入體”的切削路徑進行切削。(2)設(shè)置工藝槽,防止零件崩邊。由于亂纖維復(fù)合材料在鉆頭的鋒利程度上受到限制，不適合采取普通的鉆孔方法進行加工通孔。但是可以用增加工藝槽的方法，這樣就可以有效地防止孔口崩邊現(xiàn)象的發(fā)生。(3)采用粗、精加工。對于亂纖維復(fù)合材料的模壓件不適合用大切深的方法進行加工。為有效防止以上問題的發(fā)生，應(yīng)該盡量增強刀具的耐用度，并盡量提升加工的效率，采用分粗、精加工的加工方法。
4結(jié)語
【關(guān)鍵詞】：航空，難加工材料，加工技術(shù)，探析
【引言】：航空航天事業(yè)一直是各個大國搶占的制高點，也是促進和帶動全球經(jīng)濟技術(shù)進步的關(guān)鍵。近年來，隨著各國在航空航天領(lǐng)域的擴展和實施，航空產(chǎn)品的技術(shù)水平和標(biāo)準(zhǔn)不斷升級優(yōu)化，尤其是對各種難加工材料的使用，例如，對金屬切削刀具和技術(shù)提出了更高的要。難加工材料在很多領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用，由于機械零部件設(shè)計在負(fù)重減小和體積緊湊上有較高要求，使得很多零部件結(jié)構(gòu)出現(xiàn)形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)怪異、型面多樣的情況，導(dǎo)致很多高科技新型難加工材料不斷涌現(xiàn)，雖然符合機械零部件的高強度、高剛性和高密度以及體積小、重量輕的設(shè)計要求，但是給后期的機械制造的可加工性和產(chǎn)品性能帶來很大的影響。為了應(yīng)對這種情況的出現(xiàn)，各國技術(shù)研究部門都在探究如何讓難加工材料的加工技術(shù)得到改進和優(yōu)化，滿足高精尖行業(yè)的需求，尤其是在迫切需要此類材料的航空航天業(yè)中。
1.航空難加工材料及加工技術(shù)關(guān)鍵
航空難加工材料包含鈦合金、高溫合金、復(fù)合材料和超高強度鋼等，在航空產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中幾乎沒有普通的工程材料，都是超高強度和高性能的高精尖材料，因此也都是比較難加工的材料。在航空難加工材料中，加工過程中最容易出現(xiàn)的問題為刀具磨損，它直接導(dǎo)致加工成本增加和加工效率降低，另外，加工質(zhì)量也是目前遇到的較大困難和挑戰(zhàn)，影響到產(chǎn)品的使用性能和安全系數(shù)。
2.航空難加工材料的具體加工技術(shù)分析
2.1鈦合金及其加工技術(shù)
鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)較低，它的切削溫度能夠超出切削45號鋼的時候大約數(shù)百度以上，而且鈦合金的彈性模量比較低，加工的時候容易出現(xiàn)變形，導(dǎo)致加工表面出現(xiàn)回彈。另外，鈦合金切削和前刀面的接觸長度比較短，它的化學(xué)活性大，能夠和刀具產(chǎn)生較大的親和力，和大氣中的多種元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成硬且脆的外皮。
鈦合金材料的加工刀具材料選擇及加工條件選擇：如果是低速加工，則可采用高釩高速鋼和高鈷高速鋼；如果是中速加工，則要注意在加工細(xì)晶粒硬質(zhì)合金時，粘結(jié)磨損較嚴(yán)重，就不宜使用含鈦的刀具，可以使用三氧化二鋁的涂層刀具；如果是高速加工，可以選用涂層硬質(zhì)合金刀具、含鈦涂層硬質(zhì)合金刀具和基體含鈦硬質(zhì)合金刀具。
加工刀具要確保后角較大，最少要大于15°，并且保證前角不能夠過大，從而保證前?后角平衡，確保刃口強度的穩(wěn)定性。在刀具的考慮上，最好選用大螺旋角銑刀。切削液的選擇，應(yīng)該選用含極壓添加劑的油基切削液，但是，其中不可以含氯；采用高壓噴射冷卻液能夠使刀具耐用度得到成倍的提高，從而提升加工的質(zhì)量。
2.2高溫合金及其加工技術(shù)
高溫合金的切削加工特點包含以下幾個方面：導(dǎo)熱系數(shù)非常低，小于45號鋼的1/3；高溫下強度比較高，在600-900℃下能夠保持中碳鋼的室溫強度；高溫合金中含有大量的組織較為致密的固溶體，導(dǎo)致切削時容易出現(xiàn)晶格扭曲，并且扭曲很嚴(yán)重，也容易導(dǎo)致冷卻嚴(yán)重的現(xiàn)象；高溫合金中含有大量的金屬碳化物、氧化物、硼化物和金屬間化物這些硬質(zhì)點。在加工時，高溫合金材料的切削力是切削一般鋼材的2至3倍，它的切削功耗較大，產(chǎn)生了大量的切削熱量，導(dǎo)致切削溫度非常高。
高溫合金材料的刀具材料及其使用條件如下：拉刀和絲錐等材料的條件為：鈷高速鋼，速度是10m/min；超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金或者涂層硬質(zhì)合金刀具，使用速度為30-70m/min，此時硬度提升而速度降低；如果是陶瓷材質(zhì)刀具，如Sialon陶瓷、Si3N4陶瓷，則使用速度要大于200m/min，因為低速條件下刀具磨損會比較嚴(yán)重，所以速度要有較高的標(biāo)準(zhǔn)，且陶瓷刀具主要用在半精加工過程中。
高溫合金的加工刀具加工時的技術(shù)參數(shù)為：車刀前角小于10°，后角保持在15°左右；銑刀的前角保持在10°左右、后角15°左右，螺旋角在30-45°范圍內(nèi)；陶瓷刀具或者CBN刀具要使用負(fù)前角。高溫合金材料的切削液使用條件為：如果是高速鋼刀具則使用水基切削液，并以冷卻方式為主，從而避免刀具熱塑變形的出現(xiàn)；如果是硬質(zhì)合金刀具加工，那么最好使用極化切削油，可以達到抑制粘結(jié)和擴散磨損的效果；如果是陶瓷或者CBN刀具加工，那么切削液的使用最好嚴(yán)格而謹(jǐn)慎，可先通過工件熱軟化處理，讓材料更容易切削，然后要注意刀具的韌性，避免熱疲勞以及激冷裂紋的出現(xiàn)。
2.3高強度鋼的切削加工特點和加工技術(shù)
高強度鋼的切削加工特點包含以下特點：切削力度大，因為高強度鋼的強度非常高，能達到1960MPa，并具有一定的韌性和硬度，有非常好的綜合機械性能，所以高強度鋼的切削力較大。例如，在同等條件下，它的切削力可比45號鋼的單位切削力高出1.17-1.49倍；切削溫度較高，高強度鋼材料的導(dǎo)熱系數(shù)很低，只是45號鋼的60%，因為它的切削功耗比較大，切削溫度也就比45號鋼高出100℃，使得加工刀具的磨p速度比較快；斷削較為困難，高強度鋼的韌性和可塑性非常好，因此，切削時不容易折斷，導(dǎo)致在切削時經(jīng)常纏繞在刀具和工件上，影響了切削的進度和效果。
那么，對高強度鋼的加工刀具選擇上，要遵守以下幾點原則：如果是高速鋼刀具，則可以選用Al高速鋼、涂層高速鋼、粉末冶金高速鋼或者Co高速鋼刀具；如果是硬質(zhì)合金刀具，則可以選用添加了鈮、稀土元素的P類合金或者P類涂層合金、TiC基、Ti（C、N）基合金材料刀具；如果選用CBN刀具，那么要選用低含量且高強度的材質(zhì)。
加工刀具的基本參數(shù)要遵循以下幾點要求：刀具刃部強度要比較高，如果是硬質(zhì)合金刀，其前角要在-2°至-4°范圍內(nèi)；如果是陶瓷刀具或者CBN刀具，則前角要在10°左右；刀尖的圓弧半徑在精加工的時候在0.5-0.8mm范圍內(nèi)，在粗加工時在1-2mm范圍內(nèi)。
高強度鋼的切削用量技術(shù)要求為：切削速度保持在45號鋼加工的30%左右，鋼強度高則速度要低；高速鋼加工速度小于10m/min、硬質(zhì)合金加工速度30-80m/min、陶瓷和CBN加工速度為高于100-150m/min。高強度鋼的斷屑技術(shù)注意選擇合適的斷屑臺和斷屑槽，并根據(jù)斷屑的目標(biāo)設(shè)定而進行且削用量的優(yōu)化，可采用振動斷屑這些強制斷屑技術(shù)來提高斷屑質(zhì)量和技術(shù)水平。
結(jié)語
航空難加工材料是航空產(chǎn)品加工和生產(chǎn)中較為關(guān)鍵的核心的技術(shù)攻堅方向，對加工工藝、加工方法及加工刀具的技術(shù)提升和優(yōu)化是重點。難加工材料的切削刀具和加工技術(shù)，在刀片基體、幾何角度、涂層技術(shù)以及難加工材料的加工方法上都應(yīng)該不斷突破和創(chuàng)新，根據(jù)不同難加工材料性能選擇不同的刀具和加工條件及參數(shù)，提高航空產(chǎn)品的性能，確保航空事業(yè)的發(fā)展。
【參考文獻】：
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關(guān)鍵詞：金屬基；復(fù)合材料；加工技術(shù)
復(fù)合材料不僅具備了高性能、耐高溫等優(yōu)點，而且由于其結(jié)構(gòu)具有可設(shè)計性、長壽命與減重等特征，因而在航空航天領(lǐng)域之中的應(yīng)用變得愈來愈廣泛。復(fù)合材料是如今復(fù)材零件使用中周期偏長、成本偏高，而且風(fēng)險也相當(dāng)大的一道工序。在我國創(chuàng)建復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)鏈過程中尚具有比較大的問題。有關(guān)配套加工技術(shù)還不夠成熟，因而在復(fù)合材料加工上的技術(shù)研究上投入的人、財、物力也具有不足之處，與西方國家先進的材料加工技術(shù)研究比較起來尚有比較大的距離。正是由于復(fù)合材料加工技術(shù)尤其是金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)在諸多方面得到了非常多的運用，所以加大材料加工技術(shù)的探究，顯得極為重要。
一、復(fù)合材料加工技術(shù)概述
復(fù)合材料是一種多相材料。這里所說的多相，主要是指具有兩種或以上的化學(xué)性能的相關(guān)材料。復(fù)合材料則是把多相材料通過諸多加工方法進行加工而合成。復(fù)合材料具有的兩相分別為增強相與基體相。復(fù)合材料主要存在兩種加工技術(shù)，也就是常規(guī)加工方法與特種加工方法。常規(guī)加工法和金屬加工法是一樣的，加工手段相對較為簡單，而工藝也比較成熟。但是，一旦加工復(fù)雜工件之時就會對刀具造成極大的磨損，其加工的質(zhì)量不夠好，且在加工中形成的粉末極易對人體造成極大的影響。后者相對來說比較容易加以監(jiān)控，而在加工的過程中，切削刀具和被加工的工件接觸量非常小以至于為零，這就十分有利于自動化加工。然而，由于復(fù)合材料所具有的復(fù)雜性，導(dǎo)致特種加工之運用也會遭受限制，因此，一般來說，常規(guī)性加工的運用比較多。
二、金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)分析
所謂金屬基復(fù)合材料，主要是指以金屬及合金為基礎(chǔ)，使用陶瓷顆粒和纖維等為強化材料復(fù)合起來的一種高質(zhì)量的材料。因為這類材料具備了強度比較高、耐熱與耐磨、穩(wěn)定性高等良好的性能，從而讓這類材料已經(jīng)成為諸多實踐領(lǐng)域之中最具有吸引力的一類材料。該材料大量運用在航空和軍事等諸多領(lǐng)域。在金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)過程之中，為切實降低材料的生產(chǎn)成本與提升性能，通常是先把該材料制作為鑄錠與初級板材之后，再通過二次加工成形以制做出能夠直接運用的零件等。由于精密加工技術(shù)的不斷發(fā)展，對精密化、潔凈化、精度較高的材料需求量不斷增加，精準(zhǔn)化與高韌度的金屬基復(fù)合材料市場份額變得愈來愈大。所以，對這種復(fù)合材料的加工技術(shù)進行深入研究，對于推動機械加工技術(shù)的推廣運用具備了十分突出的實際意義。
三、金屬基復(fù)合材料加工的具體技術(shù)手段
一是切削加工技術(shù)手段。金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)是一種常用的技術(shù)手段。通過認(rèn)識與把握材料切削加工的常見規(guī)律，準(zhǔn)確選擇刀具與切削的用量，這樣一來才能確保加工質(zhì)量以及相當(dāng)高的成效。使用硬質(zhì)合金以及高速鋼等為主要的切削刀具，探究了碳化硅顆粒提高鋁基復(fù)合材料之中的碳化硅含量和尺寸等參數(shù)對于切削加工性能所造成的影響。有研究證明碳化硅的顆粒尺寸一旦愈大、含量愈多，刀具所產(chǎn)生的磨損度也更加快。碳化硅的顆粒一旦比較粗大，其加工工件的外表也就會相當(dāng)粗糙，而且隨著顆粒含量持續(xù)增加而不斷增加，復(fù)合材料對于刀具造成的磨損也會越大。使用聚晶金剛石刀具，可以對顆粒增強對復(fù)合材料的制備性能進行深入研究。在達到某種切削速度之時，材料對于刀具所造成的損耗是最小的，而且工件外表的粗糙度比較好。在運用常見加工設(shè)備之時，側(cè)重于刀具結(jié)構(gòu)的改進與創(chuàng)新，這是提升工作效率的更具有可行性的方式。
二是線切割加工技術(shù)手段。傳統(tǒng)意義上的刀具只適合于加工體粒徑比較小而且含量比較少的那些復(fù)合材料。當(dāng)體粒徑不斷增加而且含量不斷增多之后，高速鋼與硬質(zhì)合金等普通刀具的磨損相當(dāng)快，即便于選擇了高硬度刀具加以切削，其使用壽命也難以讓使用者滿意。因為這一情況，把特種加工法運用到此類材料之中就非常有必要。當(dāng)前運用電火花線來切割加工顆粒以強化復(fù)合材料的研究已經(jīng)有了大量的報道，而切割的速度以及切割之后的外表粗糙度則是十分重要的加工參數(shù)。通過探究電參數(shù)對于電火花線進行切割加工，可以對復(fù)合材料切割快慢以及外表粗糙度造成一定的影響。使用掃描電鏡來分析復(fù)合材料線所切割的加工外表的樣貌。脈沖的間隔對于外表粗糙度的影響并不是很大，在其達到了某種程度之時，表面上的粗糙度往往不會受到影響。通過選擇比較大的峰值電流以及比較短的脈沖寬度，可以對復(fù)合材料實施比較理想的電火花線進行切割和加工。這類材料的線切割加工必須要科學(xué)地選擇電加工的參數(shù)，電極間的電壓一定要高出間隙以擊穿電壓，合理地確定電極與工件彼此間所具有的距離，合理地選擇電介液絕緣力而且對間隙污染實施合理評估與清除。
三是磨削加工手段。對金屬基復(fù)合材料實施磨削加工，主要是指運用磨具所具有的切削力，除了工件外表的那些多余層，可以讓工件的外表質(zhì)量能夠達到預(yù)定要求的一些加工手段。如今，經(jīng)常見到的金屬基復(fù)合材料磨削加工手段主要包括了外圓磨削、內(nèi)圓磨削以及成形面磨削等。這類材料所具有的磨削特點受到了增強相以及其所用的砂輪類型造成的影響，提高材料所具有的磨削方式，而軟性金屬堵塞砂輪則是砂輪喪失效力的一個重要因素，而磨削加工過程中所出F的主要問題就是砂輪的堵塞、磨削區(qū)出現(xiàn)冷卻。所以說，在進行實驗的條件之下，磨削顆粒增強型的復(fù)合材料之中，碳化硅砂輪的表現(xiàn)相當(dāng)突出，其在磨削力、粗糙度等各個方面均超出了CBN以及金剛石磨料砂輪等材料。利用陶瓷基SiC砂輪以及樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪等對增強型復(fù)合材料所實施的磨削證明了SiC砂輪可用于粗磨之中。在粗磨過程中，工件磨削表面上會產(chǎn)生基體金屬涂敷等問題，從而切實地降低表面具有的粗糙度。金剛石砂輪十分適合于進行精磨。在精磨過程中，基體材料并無顯著的涂敷狀況。利用細(xì)粒度金剛石砂輪，可以對1um深的磨削區(qū)實施材料的延性化磨削，其表面和亞表面并無裂紋或者缺陷出現(xiàn)，能夠促進增強相之延性。所以說，磨削是金屬基復(fù)合材料加工當(dāng)中極有發(fā)展前景的加工方式之一，能實現(xiàn)無損化加工。
四是鉆削和振動切削加工手段。碳化硅鋁基復(fù)合材料的性能有別于普通鋼鐵材料，一般是使用整體或者涂層金剛石鉆頭實施孔加工。鉆削加工當(dāng)中出現(xiàn)的刀具磨損以及加工表面質(zhì)量則是判斷其可加工性能的重要指標(biāo)。對鋁合金復(fù)合材料刀具所產(chǎn)生的磨損以及表面質(zhì)量開展試驗性研究。在鉆削鋁合金復(fù)合材料的過程之中，鉆頭磨損如果發(fā)生于后刀面，產(chǎn)生磨損的原因則是磨料的磨損。運用掃描電鏡可發(fā)現(xiàn)鉆頭后和切削速度方向保持一致的磨損溝，而鉆頭的橫刃與外緣處也存在著磨損。刀具耐用度首推YG8鉆頭，TiN涂層以及深冷鉆頭質(zhì)量較次，而HSS鉆頭則是最差的。當(dāng)前，國內(nèi)外對于金屬基復(fù)合材料振動切削與加工的研究相對較少。超聲振動切削作為特種加工技術(shù)手段之一，具備了減小切削力與降低表面粗糙程度、提升加工精度并且延長刀具壽命等特點。通過對鋁基復(fù)合材料所進行的振動切削開展研究，把振動切削復(fù)合材料的所具有的切屑形態(tài)、變形系數(shù)以及剪切角切削形貌與粗糙度、殘余應(yīng)力等開展對比與研究，可以發(fā)現(xiàn)振動切削鋁基復(fù)合材料具備了降低切屑變形、降低表面損傷程度與粗糙度、加大表面壓應(yīng)力等功能，這樣一來就為金屬基復(fù)合材料實施精密化切削探索出了一條嶄新的發(fā)展途徑。
四、結(jié)束語
綜上所述，復(fù)合材料加工技術(shù)均有各自不同的特色，其中金屬基復(fù)合材料屬于具備組分材料難以擁有的全新優(yōu)質(zhì)性能的一種先進材料。因為復(fù)合材料的制造成本相對來說比較高，所以在其加工的過程之中應(yīng)當(dāng)盡可能地提升材料的利用率，切實降低能源所產(chǎn)生的消耗，推動我國清潔材料的生產(chǎn)。目前階段，應(yīng)當(dāng)致力于發(fā)展各類二次成形之后的零件不再需要進行加工或少加工即可得到成品的技術(shù)，從而不斷推動金屬基復(fù)合材料的精密化、清潔化與高效化生產(chǎn)。
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【關(guān)鍵字】材料加工 新材料 加工技術(shù) 制造業(yè)
1.前言
材料加工是一門多學(xué)科交叉的學(xué)科，它涉及的內(nèi)容包括材料、物理、力學(xué)、機械、信息等，它涵蓋的內(nèi)容有很多，主要包括金屬塑性成形、表面處理、粉末冶金成形等方面[1]。材料技術(shù)的發(fā)展對材料的生產(chǎn)和改性有巨大促進作用，從而使得材料生產(chǎn)效率有了較大提高，生產(chǎn)成本得以降低，材料使用壽命得到保證，同時，這也對促進分析研究新型材料、使研究成果產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有著重要意義。今天，各種新技術(shù)的發(fā)展日新月異，然而，材料加工技術(shù)仍然是無可替代的，它對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著十分重要的作用。如今，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，不斷有新的材料加工技術(shù)出現(xiàn)。在機械制造行業(yè)里，材料加工有著舉足輕重的地位，在制造行業(yè)中起著基礎(chǔ)作用。
2.材料加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
從20世紀(jì)至今，出現(xiàn)了許多新型材料與新材料技術(shù)，主要代表有高溫超導(dǎo)材料、納米材料等，造成這種現(xiàn)象的重要因素是飛速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，如電子信息技術(shù)和航空航天技術(shù)，這些技術(shù)大大促進了新型材料的研究，許多新材料技術(shù)得到了開發(fā)。
然而，仍有個重要的問題存在，新型材料的研發(fā)與材料加工技術(shù)發(fā)展并沒有達到同步，這樣大大制約了新型材料的發(fā)展與運用。比如，一種性能優(yōu)越的新型材料，具備很好的實用性，但是由于沒有適宜的加工技術(shù)，導(dǎo)致該材料的規(guī)?；a(chǎn)和利用效率低下且成本較高，制約了材料的發(fā)展，使得高性能的材料沒有得到很好的運用。由此看來，發(fā)展材料加工技術(shù)的任務(wù)勢在必行。
21世紀(jì)以來，材料加工的發(fā)展將會體現(xiàn)出的主要特征有：
（1）實現(xiàn)材料加工工藝與材料性能設(shè)計的統(tǒng)一。要實現(xiàn)這個統(tǒng)一，將會在材料加工技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生重大變革，這是進入發(fā)展加工工藝技術(shù)的標(biāo)志。
（2）在生產(chǎn)加工過程中對材料各個方面精確控制。要做到這些，不僅需要高度發(fā)展的計算機模擬仿真技術(shù)，還需要完備的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
20世紀(jì)90年代，材料加工技術(shù)的革命已經(jīng)開始，其中，就如今的發(fā)展情況來說，人工點陣與復(fù)合材料特別能代表此次的革命，尤其是人工多層膜材料以及各種層狀復(fù)合材料。
3.材料加工技術(shù)的展望
3.1材料加工技術(shù)總體發(fā)展趨勢
材料技術(shù)的發(fā)展對材料的生產(chǎn)和改性有巨大促進作用，從而使得材料生產(chǎn)效率有了較大提高，生產(chǎn)成本得以降低，材料使用壽命得到保證，并且，這也對促進分析研究新型材料、使研究成果產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有著重要意義[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，材料加工技術(shù)快速地發(fā)展，不斷有新的材料加工技術(shù)出現(xiàn)。該技術(shù)的總體發(fā)展趨勢，可以總結(jié)為三點，分別是過程綜合、技術(shù)綜合、學(xué)科綜合。
（1）過程綜合。過程綜合的趨勢涵蓋了兩層意思，第一，實現(xiàn)材料加工工藝與材料性能設(shè)計的統(tǒng)一，使新型材料的研發(fā)與材料加工技術(shù)發(fā)展同步，使各個環(huán)節(jié)緊密地聯(lián)系在一起；第二，指的是材料加工技術(shù)的各個過程的統(tǒng)一，這也可以稱作短流程化。
（2）技術(shù)綜合。材料加工已經(jīng)逐漸發(fā)展成為結(jié)合多種學(xué)科的一門科學(xué)，材料加工技術(shù)綜合了其它學(xué)科，使得材料加工得到了長足發(fā)展，如制備技術(shù)與信息技術(shù)的綜合。
（3）學(xué)科綜合。學(xué)科綜合在許多方面都有所體現(xiàn)，主要表現(xiàn)為三個方面：第一，與傳統(tǒng)三級學(xué)科相結(jié)合，例如與鑄造技術(shù)綜合；第二，與二級學(xué)科綜合，例如與材料物理與化學(xué)綜合，從一定意義上來看，與二級學(xué)科的綜合是由現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展要求造成的，要求根據(jù)使用需求對材料性能進行設(shè)計，在這一層面進行學(xué)科綜合的主要特點是，各學(xué)科間界限逐漸變得不清晰，各學(xué)科相互滲透；第三是與其他一級學(xué)科的綜合，是材料科學(xué)與工程學(xué)科以外學(xué)科的綜合[3]。
3.2金屬材料加工技術(shù)的主要發(fā)展方向
上文著重敘述了材料加工的總體發(fā)展趨勢，現(xiàn)在著重對金屬材料今后的主要發(fā)展方向進行論述，發(fā)展方向主要包括六個方面：
（1）縮短常規(guī)材料加工流程化，提高加工效率。今后的材料加工趨勢將打破傳統(tǒng)成形加工方式，使得材料加工工藝流程得以簡化縮短，有效簡化工藝環(huán)節(jié)的冗余部分，最終連續(xù)化生產(chǎn)，從而達到提高效率的目的。
（2）成形加工技術(shù)更加先進，對組織和材料性能進行高效精確的控制。使得傳統(tǒng)材料品質(zhì)得到很大提升，更便于使用。對于難以加工的材料，將會大大提升其加工性能，并開發(fā)出高附加值的材料。
（3）材料設(shè)計、制備與成形加工一體化，有效簡化材料加工工藝流程，實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，從而達到提高生產(chǎn)效率的目的。
（4）進行新技術(shù)研發(fā)，開發(fā)先進的制備技術(shù)與成形技術(shù)，研發(fā)新材料，例如，大塊非晶合金制備與應(yīng)用技術(shù)、電磁約束成形技術(shù)等。
（5）運用計算機科學(xué)，對材料加工過程中的數(shù)值進行模擬仿真，并利用所得數(shù)據(jù)建立相應(yīng)材料的數(shù)據(jù)庫，這將大大促進材料加工技術(shù)的發(fā)展。
（6）材料制備與加工的智能化，這是材料制備加工新技術(shù)中最被關(guān)注的研究方向，智能化的生產(chǎn)與加工可以使材料生產(chǎn)的可靠性以及生產(chǎn)效率都得以提升，并使得原材料的消耗及廢棄物的排放減少。
4.結(jié)語
從20世紀(jì)至今，出現(xiàn)了許多新型材料與新材料技術(shù)，如電子信息技術(shù)和航空航天技術(shù)，這些技術(shù)大大促進了新型材料的研究，許多新材料技術(shù)得到了開發(fā)，材料加工技術(shù)的過程、技術(shù)以及學(xué)科綜合得以深化。材料技術(shù)的發(fā)展對材料的生產(chǎn)和改性有巨大促進作用，從而使得材料生產(chǎn)效率有了較大提高，生產(chǎn)成本得以降低，材料使用壽命得到保證，并且，這也對促進分析研究新型材料、使研究成果產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有著重要意義。材料加工技術(shù)以其在科技中無可替代的地位，對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展起著十分重要的作用。
【參考文獻】
[1]曾大本.面向汽車輕置化材料加工技術(shù)的發(fā)展動向[J]鑄造縱橫
【關(guān)鍵詞】新材料；材料加工；材料設(shè)計；科技革命；低碳經(jīng)濟；可持續(xù)發(fā)展
1.材料加工技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀
站在人類歷史發(fā)展的角度來看材料加工技術(shù)的發(fā)展，可以說至今為止已經(jīng)發(fā)生了五次革命性的變化。
大約從公元前4000年開始，人類開始逐步掌握了銅的熔鑄技術(shù)，從石器時代逐步過渡到青銅器時代，這是人類第一次對新材料的加工，這使得人類在工具使用方面從石器步入金屬。那么，人類的生產(chǎn)和社會生活得到了質(zhì)的提高。從公元前1350～1400年開始，青銅器時代被取代，鐵器時代到來。大規(guī)模煉鐵和鍛造技術(shù)的出現(xiàn)促成了人類歷史上第二次材料加工技術(shù)的產(chǎn)生。生產(chǎn)工具和武器質(zhì)量進一步得到提升，生產(chǎn)力大幅提高，人類的生活品質(zhì)得到新一輪的的飛躍。公元1500年左右，合金化材料的出現(xiàn)吹響了第三次材料加工技術(shù)革命的號角。在20世紀(jì)初期，合成材料技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展引領(lǐng)了第四次材料加工技術(shù)革命，為近現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展以及現(xiàn)代文明作出了巨大的貢獻。
臨近21世紀(jì)，伴隨著電子信息、航天航空等高精尖技術(shù)的迅猛發(fā)展，新材料的研究與開發(fā)呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢。納米材料、精細(xì)陶瓷材料和高溫超導(dǎo)材料等新材料與新材料技術(shù)不斷涌現(xiàn)。
2.材料加工技術(shù)的發(fā)展趨勢與方向
2.1材料加工技術(shù)的發(fā)展趨勢
“過程綜合、技術(shù)綜合、學(xué)科綜合”是材料加工技術(shù)總體的發(fā)展趨勢。過程綜合含義主要分為兩點，第一點指的是材料設(shè)計、制備、成形和加工一體化，各個環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)度高；第二點指的是綜合多個過程，即短流程化，比如噴射成形技術(shù)，半固態(tài)加工技術(shù)和連續(xù)鑄扎技術(shù)等。技術(shù)綜合是指多種學(xué)科與多種應(yīng)用技術(shù)科學(xué)相結(jié)合，更多體現(xiàn)在計算機技術(shù)與加工技術(shù)的綜合運用，以及信息技術(shù)的綜合。學(xué)科綜合則是指傳統(tǒng)的三級學(xué)科之間（鑄造、塑性加工、熱處理和連接）的綜合，與材料物理、化學(xué)和材料學(xué)等二級學(xué)科綜合，與信息工程、環(huán)境工程與工程學(xué)科以外的其他一級學(xué)科的綜合。其中，材料科學(xué)與工程的其他二級學(xué)科的綜合的最大特點是，各個二級學(xué)科之間的界線越來越不明顯，學(xué)科滲透和相互依賴性越發(fā)強烈。
2.2低碳經(jīng)濟環(huán)境下材料加工技術(shù)的主要發(fā)展方向
在低碳經(jīng)濟的新形勢下，材料加工需要憑借思想創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新等多種手段來減少能源的消耗以及減少溫室氣體的排放，從而使得社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。
國人一談減排二字，想到的便是可再生能源和清潔能源的使用。但實際上，減排的隱性力量源泉在于研究與開發(fā)新型材料加工技術(shù)。其中節(jié)能的建筑材料減少能耗，減少了碳排放；納米材料減少了航空航運以及汽車運輸?shù)刃袠I(yè)的負(fù)重，減少了高碳能源的損耗，從而達到減排的目的。當(dāng)下，飛速發(fā)展的工業(yè)技術(shù)要求加工制造的產(chǎn)品精密化、輕量化、集成化，競爭日益激烈的市場要求產(chǎn)品性能高、成本低、周期短，而在低碳要求的新型環(huán)境下，材料加工被要求能耗低、污染少、走可持續(xù)發(fā)展道路。那么傳統(tǒng)型的材料加工制造技術(shù)已經(jīng)無法滿足市場的需求，復(fù)合型、多功能且低碳型的材料成形加工技術(shù)正逐步取代單一的傳統(tǒng)型。材料成形加工技術(shù)逐步綜合化、多樣化、柔軟化、多學(xué)科化。
2.2.1現(xiàn)代材料成形加工技術(shù)
薄坯鑄軋技術(shù)。鑄造與軋制被連鑄連軋巧妙結(jié)合起來，就此一項重大的技術(shù)革新在軋鋼生產(chǎn)中產(chǎn)生，節(jié)能與生產(chǎn)連續(xù)化是其最大的優(yōu)點。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，熔化每噸鋼需要消耗約2～3MW?h 的電能，鋼錠與鋼坯的加熱能量相當(dāng)于每噸消耗電能400～700kW?h，軋制每噸耗電約120～140kW?h[1]。連鑄連軋技術(shù)的采用，在取消了鋼錠與鋼坯加熱的同時，還因為去除了大直徑的初軋機從而使軋制力大幅下降，使變形更加均勻。通過改良結(jié)晶技術(shù)限制，大大減少了變形量的總數(shù)，生產(chǎn)線也得到了大幅度的簡化。
精密鍛造技術(shù)。經(jīng)過精鍛技術(shù)的工件毛坯接近成品零件的最終形狀，不需要大量加工或者不用加工即為成品，接下來的勞動剝削量少，提高效率的同時，材料與能源的損耗也被降到最低，環(huán)境污染小，是一種清潔的材料生產(chǎn)加工技術(shù)。伴隨著精鍛工件精度要求的提高，單一的冷、溫、熱鍛的舊工藝已經(jīng)無法滿足要求，需要研究和開發(fā)復(fù)合成形的新工藝。復(fù)合精密鍛造工藝綜合冷、溫、熱鍛工藝，對其進行組合從而共同完成一個工件的精密鍛造，取長補短，這是鍛造業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的一種先進的制造技術(shù)。
德國蒂森克虜伯公司代表了世界的領(lǐng)先技術(shù)，他們采用的溫鍛/冷精整成形工藝。上海鐵福傳動軸公司大批量轎車等速萬向節(jié)外星輪的生產(chǎn)，便是采用溫鍛/冷整形工藝，江蘇太平洋精鍛公司大批量齒輪等精鍛件的生產(chǎn)，也是采用相同的方法[2]。另外，可以組合精鍛和其他精密成形的工藝如精密鑄造、焊接等工藝，進而提高應(yīng)用范圍與加工能力。如：采取精密輥鍛與模鍛組合工藝生產(chǎn)大葉片，鍛件單邊拋磨余量控制在0.3mm，所需鍛造壓力是精鍛的10%～20%，設(shè)備投資是精鍛的5%～10%，而且綜合機械性能表現(xiàn)良好[3]。
2.2.2材料加工技術(shù)發(fā)展方向的展望
結(jié)構(gòu)件輕量化成形。結(jié)構(gòu)輕量化的實現(xiàn)主要有兩條方法：針對材料，采用鋁鎂合金、鈦合金和復(fù)合材料等輕質(zhì)材料；針對結(jié)構(gòu)，采用空心變截面、變厚度薄壁殼體等結(jié)構(gòu)，不但可以節(jié)約材料，減輕質(zhì)量還可以保持材料的強度與剛度適當(dāng)。結(jié)構(gòu)件輕量化成形不僅是為了減輕產(chǎn)品的質(zhì)量，而且在運行過程中能有顯著的節(jié)能效果。
柔性化成形。制造業(yè)的總趨勢便是柔性化，這種制造方式適合產(chǎn)品的多變性。這是材料加工成形技術(shù)發(fā)展的大趨勢，也是市場競爭的需求，在不久的將來會越來越受到重視。
虛擬制造技術(shù)。實現(xiàn)了從產(chǎn)品的設(shè)計、造型到加工過程的動態(tài)模擬、成形分析，從而對企業(yè)的生產(chǎn)模式和運作方式賦予了全新的概念。虛擬制造技術(shù)將改變過去只依賴經(jīng)驗而開展材料加工的落后狀況。這標(biāo)示著材料加工設(shè)計定量分析將逐步取代經(jīng)驗判斷，進而產(chǎn)品開發(fā)周期、成本將大大降低，同時產(chǎn)品質(zhì)量也得到了保證。
3.結(jié)語
科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展促進了材料加工技術(shù)的不斷進步，促進了過程綜合、技術(shù)綜合、學(xué)科綜合的進程。低碳經(jīng)濟下，可持續(xù)發(fā)展是大勢所趨，而材料加工技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展是重要一環(huán)。復(fù)合型、多功能且低碳型將逐步占領(lǐng)市場，材料成形加工技術(shù)將逐步綜合化、多樣化、多學(xué)科化。伴隨著人們對環(huán)保的重視，環(huán)保材料加工技術(shù)前景光明且將不斷向前發(fā)展。
【參考文獻】
[1]王鑫，余心宏，葉奇.材料加工技術(shù)在低碳經(jīng)濟中的應(yīng)用及發(fā)展[J].宇航材料工藝，2011（06）.
稀有金屬材料加工需要多種技術(shù)結(jié)合在一起，主要包括以下技術(shù)：一是錠呸制備技術(shù)，二是熱處理技術(shù)，三是材料表面處理技術(shù)，四是復(fù)合技術(shù)，五是稀有金屬制造技術(shù)，六是稀有金屬深加工技術(shù)。不同的加工技術(shù)作用不同，技術(shù)人員必須保證稀有金屬材料技術(shù)應(yīng)用的合理性，才能發(fā)揮出加工技術(shù)的作用。
稀有金屬材料加工技術(shù)發(fā)展前景
隨著社會的快速發(fā)展，個各行業(yè)也得到迅猛發(fā)展，對稀有金屬材料的質(zhì)量和性能也提出了更好的要求，稀有金屬材料的種類不斷增多，性能不斷提高，而且稀有金屬材料加工成本也在不斷降低。稀有金屬材料逐漸向高精度，超細(xì)方向上發(fā)展。比如，很多應(yīng)用于航天領(lǐng)域的稀有金屬材料已經(jīng)開始向納米級發(fā)展，而且稀有金屬材料的韌性越來越強。稀有金屬材料加工技術(shù)也在向短流程化方向發(fā)展。目前，應(yīng)用鑄造技術(shù)加工稀有金屬零部件可以提高稀有金屬材料的質(zhì)量，避免材料的浪費，降低稀有金屬材料的加工成本。如今，很多工程對于稀有金屬材料的需求量都在不斷增多，這也是稀有金屬材料加工和開發(fā)的關(guān)鍵動力。但是，也有部分稀有金屬材料沒有被重用，這部分稀有金屬材料的分析成果就無法真正轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力。如今，深加工技術(shù)已經(jīng)成為稀有金屬材料加工技術(shù)的創(chuàng)新區(qū)域。
現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展速度不斷加快，計算機技術(shù)的發(fā)展在一定程度上推動了稀有金屬材料加工技術(shù)的發(fā)展。
稀有金屬材料加工技術(shù)
稀有金屬箔材加工技術(shù)。稀有金屬箔材已經(jīng)成為工業(yè)產(chǎn)業(yè)所需的關(guān)鍵材料，工業(yè)產(chǎn)業(yè)對于稀有金屬箔材的質(zhì)量和精準(zhǔn)度要求非常高。西方國家對稀有金屬箔材加工技術(shù)的應(yīng)用時間比較長，經(jīng)驗比較豐富，加工水平比較高，我國與西方國家的差距比較大，很多高精度的稀有金屬箔材還需要從國外進口。我國必須加大稀有金屬材料加工技術(shù)的研究水平，縮短與西方國家之間的差距。稀有金屬箔材主要應(yīng)用以下加工技術(shù)：一是真空熔煉，二是鍛造，三是軋制，四是真空熱處理。
稀有金屬材料成形加工技術(shù)。稀有金屬材料成形加工技術(shù)具有以下特點：一是生產(chǎn)工序比較少，二是加工效率高，三是成本低，四是材料的利用率比較高。稀有金屬材料成形技術(shù)有以下幾種：一是精密鑄造，二是等溫鍛造，三是超塑性成形，四是擴散連接，五是旋壓成形，六是管件塑性推制，七是粉末冶金，八是激光立體成形。稀有金屬材料的價格相對較高，對于成形技術(shù)的要求也比較高。
稀有金屬材料鑄造技術(shù)。稀有金屬材料鑄造技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的加工技術(shù)。鑄造技術(shù)經(jīng)常被用在飛機的傳動系統(tǒng)中，使用一定數(shù)量的鈦合金來鑄造成精鑄件來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的緊固件，不僅減輕了飛機結(jié)構(gòu)的重量，也降低了飛機零部件的應(yīng)用成本，提高制造效率。如今，我國的稀有金屬材料鑄造技術(shù)主要是依據(jù)型殼工藝進行分類，應(yīng)用比較廣泛的型殼加工技術(shù)有：一是機加工石墨型，二是石墨搗實型，三是熔模精密陶瓷型。其中，機加工石墨型的特點有以下幾個：一是材料表面的質(zhì)量比較高，二是尺寸的精準(zhǔn)度比較高，三是鑄造完成的模型可以重復(fù)使用。但是，機加工石墨型鑄件的表面處理比較復(fù)雜，如果處理的不合理鑄件表面就很容易出現(xiàn)氣孔等問題。對此，稀有金屬材料的鑄造技術(shù)僅適合應(yīng)用于結(jié)構(gòu)簡單的鑄件加工。石墨搗實型鑄造技術(shù)比較適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件加工，降低鑄件的鑄造成本。熔模精密鑄造加工工藝比較適用于壁薄的零部件，并且對于鑄件的精準(zhǔn)度要求較高，是國內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛的稀有金屬材料加工技術(shù)。技術(shù)人員需要按照稀有金屬材料的類型來選擇鑄造技術(shù)。目前，美國的稀有金屬材料加工技術(shù)處于全球領(lǐng)先水平，我國稀有金屬材料加工技術(shù)與美國差距較大。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，鑄件熱處理技術(shù)也得到迅猛發(fā)展，鈦合金鑄件的性能已經(jīng)超過了很多傳統(tǒng)鑄件的性能。美國一架戰(zhàn)斗機上鈦合金鑄件的數(shù)量大概有58個，占整個戰(zhàn)斗機零部件總量的7.5%。
關(guān)鍵詞 脆性材料；工程陶瓷；陶瓷加工；特種加工
中圖分類號TM28 文獻標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2014）119-0119-02
0引言
陶瓷材料具有良好的耐高溫耐腐蝕性能、強度高、硬度高，是優(yōu)良的高性能材料。隨著陶瓷材料學(xué)的發(fā)展，其制備技術(shù)也越來越多，陶瓷材料的性能也逐步得到提高。陶瓷材料可以用到空間探測、航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域中。
陶瓷材料的原子通過共價鍵、離子鍵結(jié)合，而金屬材料通過金屬鍵相結(jié)合，所以陶瓷材料與金屬材料有完全不同的性質(zhì)。陶瓷材料在常溫下對剪切應(yīng)力的變形阻力很大，且硬度很高。由于陶瓷晶體是由陽離子和陰離子以及它們之間的化學(xué)鍵組成的，化學(xué)鍵具有方向性、原子堆積密度低、原子間距大，使陶瓷顯示出很大的脆性，加工產(chǎn)生的缺陷多，所以是典型的難加工材料。發(fā)展高效低成本的加工技術(shù)十分重要。
1陶瓷材料的車磨削加工技術(shù)
陶瓷材料的脆性極高，似乎很難將陶瓷與車削聯(lián)系起來，但是陶瓷材料的壓痕實驗表明如果選用合適的金剛石刀具角度和切削參數(shù)仍然可以實現(xiàn)陶瓷材料的延性加工。相關(guān)的實驗也表明采用超硬刀具材料都可以加工陶瓷材料。李湘釩超精密車削陶瓷材料的實驗表明采用W-Co類硬質(zhì)合金可以加工陶瓷零件。日本的原昭夫曾采用聚晶金剛石刀具車削Al2O3和Si3N4陶瓷。目前車削陶瓷材料主要選用金剛石刀具。在刃磨性能上單晶金剛石刀具優(yōu)于聚晶金剛石刀具，它們都屬于微量切削，去除率較低，加工質(zhì)量和精度難以保證，還有待于進一步的研究。
磨削可以滿足硬金屬的加工要求，因而也可以成為陶瓷材料的主要加工方法，其精度和效率比較適中。磨削陶瓷材料一般選用金剛石砂輪，金剛石砂輪磨削材料時磨粒切人工件，磨粒切削刃前方的陶瓷表面材料受到擠壓，當(dāng)壓力值超過陶瓷材料承受極限時被壓潰，形成碎屑。同時磨粒切人工件時，由于壓應(yīng)力和摩擦熱的作用，磨粒下方的材料會產(chǎn)生局部塑性流動，形成變形層，當(dāng)磨粒切出時，由于應(yīng)力的消失，引起變形層從工件上脫離形成切屑。從成屑機理上看陶瓷
材料的去除方式仍然是脆性的。磨削加工后的表面殘留了大量的加工缺陷，因此深加工就成為必然的工序。為了降低深加工的成本，近年來提出了延性域磨削的概念。延性域磨削以提高磨削表面質(zhì)量為主要目標(biāo)，采用調(diào)整磨粒排布方式以及精密修整等技術(shù)來實現(xiàn)陶瓷材料的高效精密加工。陶瓷材料的磨削還存在砂輪磨損堵塞以及加工效率低等問題，這些問題有待于進一步的研究。
2陶瓷材料的特種加工技術(shù)
超聲加工是在加工工具或被加工材料上施加超聲波振動，在工具與工件之間加入液體磨料或糊狀磨料，并以較小的壓力使工具貼壓在工件上。加工時，由于工具與工件之間存在超聲振動，迫使工作液中懸浮的磨粒以很大的速度和加速度不斷撞擊、拋磨被加工表面，加上加工區(qū)域內(nèi)的空化、超壓效應(yīng)，從而產(chǎn)生材料去除效果。超聲加工比較適合陶瓷材料表面脆性的特點，這種方法加工的表面質(zhì)量較好，容易實現(xiàn)加工自動化。其缺點是加工效率較低，工具壽命較低。
激光加工陶瓷材料，是利用能量密度極高的激光束照射到陶瓷材料表面上，光能被陶瓷表面吸收，光能部分轉(zhuǎn)化為熱能，使局部溫度迅速升高產(chǎn)生熔化以至氣化并形成凹坑。隨著能量的繼續(xù)吸收，凹坑中的蒸氣迅速膨脹，把熔融物高速噴射出來，同時產(chǎn)生一個方向性很強的沖擊波，這樣材料就在高溫、熔融、氣化和沖擊作用下被蝕除。激光加工高效環(huán)保，但光斑表面的溫度梯度容易形成陶瓷材料表面的微裂紋，而且激光設(shè)備昂貴，使用成本較高。
電火花加工主要是通過電極間放電產(chǎn)生高溫熔化和汽化蝕除材料。電火花加工適合于導(dǎo)電材料的加工。因為陶瓷材料是電絕緣體，所以必須采取特殊工藝。一種高壓電火花加工方法是在尖電極與平電極間放入絕緣的陶瓷材料工件。兩電極間加以直流或交流高電壓，使尖電極附近的介質(zhì)被擊穿，發(fā)生輝光放電蝕除。另一種加工方法是在薄片陶瓷工件上壓放一塊薄金屬網(wǎng)作為輔助電極，輔助電極和工具電極分別與脈沖電源的正負(fù)極相連，并放在油類工作液中，當(dāng)脈沖電壓施加到兩極間，便在工具與輔助電極間產(chǎn)生火花放電；當(dāng)電火花穿過工件上的輔助電極時，由于金屬材料的氣化噴射或濺射等作用使陶瓷零件表面導(dǎo)電，加工得以持續(xù)。還有一種加工方法是在陶瓷的表面涂覆導(dǎo)電材料進行電火花加工。電火花加工仍面臨加工效率低、加工表面質(zhì)量難以保證等問題，這些有待于進一步的研究。
3特種加工輔助車磨削技術(shù)
車磨削加工的效率相對較高，但其對工具的要求非常高，而且陶瓷材料的表面質(zhì)量難以保證，對于成形陶瓷零件的加工也較難。為了提高陶瓷材料的加工精度以及加工范圍，在車磨削加工中引入特種加工技術(shù)將會同時獲得較高的加工效率和表面質(zhì)量。
超聲磨削加工，是在磨削加工的同時，對工具或工件施加超聲頻率振動，充分利用超聲波的高頻振動和空化作用去除材料，超聲磨削加工方式較適用于陶瓷材料的加工，其加工效率隨著材料脆性的增大而逐漸提高。超聲磨削技術(shù)可以明顯降低磨削溫度、增加砂輪使用壽命、提高加工精度和表面質(zhì)量。
激光輔助車削技術(shù)是將激光照射到刀具附近的陶瓷材料，在車削陶瓷材料的過程中，材料剪切區(qū)域因激光產(chǎn)生高溫軟化，減小了陶瓷材料的切削阻力，增加了陶瓷材料的加工延性，從而達到了陶瓷材料的高效延性加工。
在線電解磨削技術(shù)是將電解技術(shù)引入到磨削過程中，通過連續(xù)有限量的電解作用來蝕除砂輪表面的金屬結(jié)合劑從而對砂輪進行修整以達到微粉磨粒不斷出露的目的。在線電解技術(shù)是日本理化研究所研究的成果，加工陶瓷材料可以達到超精密加工的水平。
4結(jié)論
陶瓷材料在高技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的廣泛性促進了其加工技術(shù)的研究。陶瓷材料硬度高脆性大，采用傳統(tǒng)的車磨削技術(shù)進行加工難度比較大，而特種加工技術(shù)效率低成本高，所以采用傳統(tǒng)的車磨削技術(shù)與特種加工技術(shù)相結(jié)合的方法將是以后陶瓷加工技術(shù)研究的趨勢。
參考文獻
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