摘要： 復(fù)合材料加工技術(shù)涉及切削、鉆孔、鉚接、膠接等多種工藝，是實(shí)現(xiàn)輕量化結(jié)構(gòu)制造的關(guān)鍵。本文分析復(fù)合材料加工的損傷機(jī)理與質(zhì)量控制難點(diǎn)，介紹自動(dòng)化鋪放、機(jī)器人制孔等先進(jìn)制造技術(shù)，并探討航空航天與汽車(chē)領(lǐng)域的技術(shù)融合趨勢(shì)。

復(fù)合材料加工技術(shù)是現(xiàn)代輕量化制造的核心支撐，隨著碳纖維、玻璃纖維等增強(qiáng)材料的廣泛應(yīng)用，其加工質(zhì)量直接影響最終產(chǎn)品性能。復(fù)合材料具有各向異性、層間強(qiáng)度低、易產(chǎn)生分層等特性，傳統(tǒng)金屬加工方法難以適用，必須采用專門(mén)的工藝體系和設(shè)備配置。

從技術(shù)原理來(lái)看，復(fù)合材料加工損傷主要包括分層、撕裂、毛邊和纖維拔出四種形式。分層是層間應(yīng)力超過(guò)樹(shù)脂基體強(qiáng)度導(dǎo)致的層分離，孔出口處的分層會(huì)顯著降低連接強(qiáng)度。某型飛機(jī)翼梁在鉆孔過(guò)程中曾因分層問(wèn)題導(dǎo)致疲勞壽命下降40%，后采用"啄鉆"工藝和支撐墊板，將分層面積控制在0.5mm2以內(nèi)。撕裂和毛邊主要發(fā)生在孔出口側(cè)，與刀具磨損和切削參數(shù)密切相關(guān)。纖維拔出則源于纖維與基體界面結(jié)合不牢，需要優(yōu)化刀具幾何角度和切削刃鋒利度。

自動(dòng)化鋪放技術(shù)是復(fù)合材料制造的主流方向。自動(dòng)鋪帶（ATL）和自動(dòng)鋪絲（AFP）技術(shù)通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制鋪放頭，將預(yù)浸帶/絲按照預(yù)定軌跡精確鋪疊，鋪放速度可達(dá)60m/min，效率是人工的10倍以上。GKN Aerospace在ASCEND計(jì)劃中開(kāi)發(fā)的自動(dòng)鋪層（APP）技術(shù)，結(jié)合工業(yè)4.0數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)鋪層質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)與缺陷追溯。某型無(wú)人機(jī)機(jī)身采用AFP技術(shù)制造，鋪層厚度偏差小于0.1mm，纖維取向精度達(dá)±0.5°，結(jié)構(gòu)重量減輕15%。

機(jī)器人制孔系統(tǒng)解決了裝配環(huán)節(jié)的加工難題。航空航天結(jié)構(gòu)件需要鉆制大量連接孔，傳統(tǒng)手工鉆孔質(zhì)量不穩(wěn)定。KUKA、Electroimpact等公司開(kāi)發(fā)的機(jī)器人制孔單元通過(guò)視覺(jué)定位、法向測(cè)量和力控技術(shù)，可將孔位精度控制在±0.15mm，孔徑精度H8級(jí)，制孔效率提升5倍。在汽車(chē)領(lǐng)域，寶馬公司采用機(jī)器人自動(dòng)鉆孔鉚接系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了碳纖維車(chē)身與金屬骨架的高強(qiáng)度連接，單臺(tái)機(jī)器人日產(chǎn)量達(dá)200件。

超聲振動(dòng)輔助加工技術(shù)在復(fù)合材料制孔中優(yōu)勢(shì)明顯。高頻振動(dòng)使切削力降低30%-50%，有效抑制分層和毛刺。某研究機(jī)構(gòu)在CFRP層壓板鉆孔實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，施加20kHz超聲振動(dòng)后，入口分層因子從1.8降至1.2，出口毛邊高度由0.3mm減小至0.05mm。超聲輔助銑削技術(shù)用于復(fù)合材料修邊，可獲得Ra 0.8μm的加工表面，刀具壽命延長(zhǎng)2-3倍。

熱固性復(fù)合材料的固化工藝控制是制造質(zhì)量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)熱壓罐固化周期長(zhǎng)、能耗高，新型自加熱模具技術(shù)通過(guò)集成電磁感應(yīng)加熱，將固化時(shí)間從1小時(shí)縮短至2分鐘。Surface Generation公司開(kāi)發(fā)的局部加熱系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)不同厚度區(qū)域的均勻熱控制，溫度偏差小于±3℃。某汽車(chē)后地板組件采用快速固化預(yù)浸料，配合自加熱模具，生產(chǎn)節(jié)拍從原來(lái)的2小時(shí)縮短至30分鐘，滿足汽車(chē)大批量生產(chǎn)需求。

質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)是確保復(fù)合材料性能的最后一道防線。超聲C掃描可檢測(cè)內(nèi)部分層、孔隙等缺陷，分辨率達(dá)0.5mm。X射線CT用于檢測(cè)三維裂紋和富脂/貧脂區(qū)，某航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片通過(guò)CT檢測(cè)發(fā)現(xiàn)0.2mm的層間裂紋，避免了重大事故。數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)可全場(chǎng)測(cè)量加工變形，為工藝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

可持續(xù)發(fā)展理念正在重塑復(fù)合材料加工技術(shù)。NCC發(fā)布的可持續(xù)性成熟度框架從能源消耗、廢料回收、碳排放等維度評(píng)估制造過(guò)程。熱塑性復(fù)合材料因其可回收利用特性受到關(guān)注，其焊接工藝通過(guò)感應(yīng)加熱或超聲波實(shí)現(xiàn)快速連接，無(wú)需鉚釘和膠黏劑，減重5%的同時(shí)實(shí)現(xiàn)100%材料回收。某電動(dòng)汽車(chē)電池盒采用熱塑性復(fù)合材料焊接技術(shù)，生產(chǎn)能耗降低40%，碳排放減少30%。

未來(lái)發(fā)展方向聚焦智能化與多材料兼容。數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建復(fù)合材料加工全過(guò)程虛擬模型，通過(guò)仿真預(yù)測(cè)缺陷并優(yōu)化參數(shù)，縮短試制周期50%。多材料混合結(jié)構(gòu)加工技術(shù)正在突破，針對(duì)碳纖維-鋁合金、CFRP-鈦合金等異質(zhì)材料連接，開(kāi)發(fā)的階梯鉆和變參數(shù)加工工藝，可有效解決不同材料切削特性差異帶來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題。