碳纤维复合材料构件加工技术进展

摘要

轻质高强、易于整体近净成形制造的碳纤维增强树脂基复合材料（简称：碳纤维复材）在航空航天、船舶、能源等领域先进装备的制造中优势显著，广泛用于制造各类构件。碳纤维复材构件的加工是其连接装配最终制造装备的重要环节之一。然而此类材料具有多相态、层叠、各向异性等特征，加工易产生分层等损伤，严重影响其服役性能和生产效率。因此，碳纤维复材构件的高质高效加工一直是机械加工领域的研究热点和难点，科研人员从多个角度进行了大量基础与应用研究，形成了颇为丰硕的理论与技术成果。本文总结了碳纤维复合材料构件加工技术的重要进展，概述了传统/非传统加工方法及其适配性，进而对传统加工方法的基础切削理论、加工刀具和工艺开展详细论述，介绍了碳纤维复材宏、细观尺度下的基础切削理论发展历程，分析了切削理论对抑制钻、铣削损伤的指导作用；进而剖析了钻、铣削加工刀具的设计理念，总结了加工刀具从传统结构改进向新式结构开发的发展历程；同时探讨了工艺参数、特殊轨迹加工与冷却工艺等对碳纤维复材加工质量的影响机制；最后展望了碳纤维复材加工理论与技术的发展方向，以及面对新型材料、特殊结构特征、加工过程控制等方面可能遇到的挑战和机遇。