时间：2022-02-22 18:47:42
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复合材料是一种多相材料，所谓多相是指两种或者两种以上的组织或者化学性能的材料，而复合材料就是将多相材料经过各种加工方法加工而成。复合材料所含有的两相为增强相与基体相。复合材料有两种机械加工方法，即常规加工和特种加工两种方法。常规加工工艺与金属加工的方法相同，加工方法相对简单，工艺相对较为成熟。然而，当加工复杂工件的时候会对切削刀具产生很大的磨损，而且其加工质量较差而且切削过程中所产生的粉末会对人体产生很大的影响。特种加工工艺过程相对较易监控，加工时切削刀具与被加工工件接触量很小甚至为零，这对自动化加工非常有帮助。但因为复合材料自身的复杂性，特种加工的应用受到限制，所以相对而言，常规加工应用较多。
1.1复合材料常规加工技术的研究
在复合材料加工初期，所采用的加工方法一般是金属材料的加工方法。随着复合材料的种类增多，加工过程当中出现了很多的问题，例如刀具磨损较快等，这就要求复合材料的加工技术面向多样化。后来，国内外很多的学者相继提出了一些关于复合材料加工的方法，并在原有方法的基础上提出了进一步改进复合材料切削工艺以及更新切削刀具等一系列的观点。直至后来，Koplev进行了很多的实验，认为复合材料切屑的形成其实就是其断裂过程的发生，而这个观点后来也得到很多人的认可。自此，很多学者开始把重点转向切削刀具结构设计等。
1.2复合材料特种加工技术研究
复合材料常规加工过程中会对切削刀具产生很大的磨损，而且其加工质量较差而且切削过程中所产生的粉末会对人体产生很大的影响。此外，常规加工方法加工复杂工件也较为困难。而特种加工工艺过程相对较易监控，加工时切削刀具与被加工工件接触量很小甚至为零，有利于自动化加工，而且随加工工件的切割面所产生的损伤很小，所以，被加工工件形变量会非常小。目前常用的复合材料特种加工方法主要有：超声波加工以及电火花加工等等。
2复合材料加工难点分析
2.1材料切削性能差
复合材料在其密集处的脆性较大，所以切削较易崩裂，而在小分子区域，分子结合力很小，切削更易崩裂；而纤维密集处不容易被切断，此时若切削刀具不够锋利而切削过程当中的切削进给量又过大，这样，材料纤维极易被成片扯离而发生一系列的缺陷。复合材料强度较大，切削性能也很差，在切削过程中更易发生“起毛”和“扯离”。同时，在复合材料加工过程当中，刀具较易磨损而变钝，这既会对被加工件的表面质量及尺寸精度产生很大的影响，还会降低材料加工效率。总之，正是由于复合材料本身的组成及其特性，而使其切削性能较差。
2.2零件结构工艺性差
有很多零件都呈回转体形状，其主要是由柱、锥、曲面等所组成的，零件的主要的工作面大多是尖边结构，由单个圆孔或者锥孔等所形成，而这会严重影响复合材料的加工，而导致其在切削过程当中极易出现翻边以及崩边。
3解决复合材料加工问题的措施
3.1改进毛坯结构和模压成型工艺
为了有利于材料加工，就要对结构进行改进，主要方法就是减少直角边,在台阶处要选择光滑连接并且应尽量减少尖角结构。研究表明影响复合材料切削性能的一个很大的方面就是其组织的均匀性，此外，模压过程当中的预浸料预烘环节的均匀性也是影响复合材料切削性能的一个主要因素。
3.2选择合适的刀具与切削参数
由于复合材料本身的特性，在进行复合材料切削加工时所用的切削刀具硬度要高，同时还要满足耐冲击以及耐磨等条件。而硬质合金作为一种能承受较大冲击负荷的材料可以同时满足上述条件。此外，人造金刚石以及立方氮化硼都是超硬的材料，所以可以用这三种材质刀具进行切削，同时选择合适的速度及进给切削参数。
3.3优化加工方法
研究各种加工方法可以减少复合材料加工问题的发生，通过对复合材料进行各方面的分析研究，笔者总结出如下几个方法。(1)合理编排切削路径。在复合材料的加工过程当中，如果被加工件的切削部位受到很大的拉应力会使其发生“翻边”、“崩边”等现象。所以，在进行切削的时候要按“入体”的切削路径进行切削。(2)设置工艺槽,防止零件崩边。由于乱纤维复合材料在钻头的锋利程度上受到限制，不适合采取普通的钻孔方法进行加工通孔。但是可以用增加工艺槽的方法，这样就可以有效地防止孔口崩边现象的发生。(3)采用粗、精加工。对于乱纤维复合材料的模压件不适合用大切深的方法进行加工。为有效防止以上问题的发生，应该尽量增强刀具的耐用度，并尽量提升加工的效率，采用分粗、精加工的加工方法。
4结语
【关键词】：航空，难加工材料，加工技术，探析
【引言】：航空航天事业一直是各个大国抢占的制高点，也是促进和带动全球经济技术进步的关键。近年来，随着各国在航空航天领域的扩展和实施，航空产品的技术水平和标准不断升级优化，尤其是对各种难加工材料的使用，例如，对金属切削刀具和技术提出了更高的要。难加工材料在很多领域都有非常广泛的应用，由于机械零部件设计在负重减小和体积紧凑上有较高要求，使得很多零部件结构出现形状复杂、结构怪异、型面多样的情况，导致很多高科技新型难加工材料不断涌现，虽然符合机械零部件的高强度、高刚性和高密度以及体积小、重量轻的设计要求，但是给后期的机械制造的可加工性和产品性能带来很大的影响。为了应对这种情况的出现，各国技术研究部门都在探究如何让难加工材料的加工技术得到改进和优化，满足高精尖行业的需求，尤其是在迫切需要此类材料的航空航天业中。
1.航空难加工材料及加工技术关键
航空难加工材料包含钛合金、高温合金、复合材料和超高强度钢等，在航空产品结构中几乎没有普通的工程材料，都是超高强度和高性能的高精尖材料，因此也都是比较难加工的材料。在航空难加工材料中，加工过程中最容易出现的问题为刀具磨损，它直接导致加工成本增加和加工效率降低，另外，加工质量也是目前遇到的较大困难和挑战，影响到产品的使用性能和安全系数。
2.航空难加工材料的具体加工技术分析
2.1钛合金及其加工技术
钛合金的导热系数较低，它的切削温度能够超出切削45号钢的时候大约数百度以上，而且钛合金的弹性模量比较低，加工的时候容易出现变形，导致加工表面出现回弹。另外，钛合金切削和前刀面的接触长度比较短，它的化学活性大，能够和刀具产生较大的亲和力，和大气中的多种元素产生化学反应，从而形成硬且脆的外皮。
钛合金材料的加工刀具材料选择及加工条件选择：如果是低速加工，则可采用高钒高速钢和高钴高速钢；如果是中速加工，则要注意在加工细晶粒硬质合金时，粘结磨损较严重，就不宜使用含钛的刀具，可以使用三氧化二铝的涂层刀具；如果是高速加工，可以选用涂层硬质合金刀具、含钛涂层硬质合金刀具和基体含钛硬质合金刀具。
加工刀具要确保后角较大，最少要大于15°，并且保证前角不能够过大，从而保证前・后角平衡，确保刃口强度的稳定性。在刀具的考虑上，最好选用大螺旋角铣刀。切削液的选择，应该选用含极压添加剂的油基切削液，但是，其中不可以含氯；采用高压喷射冷却液能够使刀具耐用度得到成倍的提高，从而提升加工的质量。
2.2高温合金及其加工技术
高温合金的切削加工特点包含以下几个方面：导热系数非常低，小于45号钢的1/3；高温下强度比较高，在600-900℃下能够保持中碳钢的室温强度；高温合金中含有大量的组织较为致密的固溶体，导致切削时容易出现晶格扭曲，并且扭曲很严重，也容易导致冷却严重的现象；高温合金中含有大量的金属碳化物、氧化物、硼化物和金属间化物这些硬质点。在加工时，高温合金材料的切削力是切削一般钢材的2至3倍，它的切削功耗较大，产生了大量的切削热量，导致切削温度非常高。
高温合金材料的刀具材料及其使用条件如下：拉刀和丝锥等材料的条件为：钴高速钢，速度是10m/min；超细晶粒硬质合金或者涂层硬质合金刀具，使用速度为30-70m/min，此时硬度提升而速度降低；如果是陶瓷材质刀具，如Sialon陶瓷、Si3N4陶瓷，则使用速度要大于200m/min，因为低速条件下刀具磨损会比较严重，所以速度要有较高的标准，且陶瓷刀具主要用在半精加工过程中。
高温合金的加工刀具加工时的技术参数为：车刀前角小于10°，后角保持在15°左右；铣刀的前角保持在10°左右、后角15°左右，螺旋角在30-45°范围内；陶瓷刀具或者CBN刀具要使用负前角。高温合金材料的切削液使用条件为：如果是高速钢刀具则使用水基切削液，并以冷却方式为主，从而避免刀具热塑变形的出现；如果是硬质合金刀具加工，那么最好使用极化切削油，可以达到抑制粘结和扩散磨损的效果；如果是陶瓷或者CBN刀具加工，那么切削液的使用最好严格而谨慎，可先通过工件热软化处理，让材料更容易切削，然后要注意刀具的韧性，避免热疲劳以及激冷裂纹的出现。
2.3高强度钢的切削加工特点和加工技术
高强度钢的切削加工特点包含以下特点：切削力度大，因为高强度钢的强度非常高，能达到1960MPa，并具有一定的韧性和硬度，有非常好的综合机械性能，所以高强度钢的切削力较大。例如，在同等条件下，它的切削力可比45号钢的单位切削力高出1.17-1.49倍；切削温度较高，高强度钢材料的导热系数很低，只是45号钢的60%，因为它的切削功耗比较大，切削温度也就比45号钢高出100℃，使得加工刀具的磨p速度比较快；断削较为困难，高强度钢的韧性和可塑性非常好，因此，切削时不容易折断，导致在切削时经常缠绕在刀具和工件上，影响了切削的进度和效果。
那么，对高强度钢的加工刀具选择上，要遵守以下几点原则：如果是高速钢刀具，则可以选用Al高速钢、涂层高速钢、粉末冶金高速钢或者Co高速钢刀具；如果是硬质合金刀具，则可以选用添加了铌、稀土元素的P类合金或者P类涂层合金、TiC基、Ti（C、N）基合金材料刀具；如果选用CBN刀具，那么要选用低含量且高强度的材质。
加工刀具的基本参数要遵循以下几点要求：刀具刃部强度要比较高，如果是硬质合金刀，其前角要在-2°至-4°范围内；如果是陶瓷刀具或者CBN刀具，则前角要在10°左右；刀尖的圆弧半径在精加工的时候在0.5-0.8mm范围内，在粗加工时在1-2mm范围内。
高强度钢的切削用量技术要求为：切削速度保持在45号钢加工的30%左右，钢强度高则速度要低；高速钢加工速度小于10m/min、硬质合金加工速度30-80m/min、陶瓷和CBN加工速度为高于100-150m/min。高强度钢的断屑技术注意选择合适的断屑台和断屑槽，并根据断屑的目标设定而进行且削用量的优化，可采用振动断屑这些强制断屑技术来提高断屑质量和技术水平。
结语
航空难加工材料是航空产品加工和生产中较为关键的核心的技术攻坚方向，对加工工艺、加工方法及加工刀具的技术提升和优化是重点。难加工材料的切削刀具和加工技术，在刀片基体、几何角度、涂层技术以及难加工材料的加工方法上都应该不断突破和创新，根据不同难加工材料性能选择不同的刀具和加工条件及参数，提高航空产品的性能，确保航空事业的发展。
【参考文献】：
[1]杨金发，张军. 航空难加工材料加工技术研究[J]. 金属加工（冷加工），2012，21：11-13.
[2]谷雨，良辰. 航空难加工材料加工技术[J]. 航空制造技术，2016，03：34-35.
关键词：金属基；复合材料；加工技术
复合材料不仅具备了高性能、耐高温等优点，而且由于其结构具有可设计性、长寿命与减重等特征，因而在航空航天领域之中的应用变得愈来愈广泛。复合材料是如今复材零件使用中周期偏长、成本偏高，而且风险也相当大的一道工序。在我国创建复合材料的产业链过程中尚具有比较大的问题。有关配套加工技术还不够成熟，因而在复合材料加工上的技术研究上投入的人、财、物力也具有不足之处，与西方国家先进的材料加工技术研究比较起来尚有比较大的距离。正是由于复合材料加工技术尤其是金属基复合材料加工技术在诸多方面得到了非常多的运用，所以加大材料加工技术的探究，显得极为重要。
一、复合材料加工技术概述
复合材料是一种多相材料。这里所说的多相，主要是指具有两种或以上的化学性能的相关材料。复合材料则是把多相材料通过诸多加工方法进行加工而合成。复合材料具有的两相分别为增强相与基体相。复合材料主要存在两种加工技术，也就是常规加工方法与特种加工方法。常规加工法和金属加工法是一样的，加工手段相对较为简单，而工艺也比较成熟。但是，一旦加工复杂工件之时就会对刀具造成极大的磨损，其加工的质量不够好，且在加工中形成的粉末极易对人体造成极大的影响。后者相对来说比较容易加以监控，而在加工的过程中，切削刀具和被加工的工件接触量非常小以至于为零，这就十分有利于自动化加工。然而，由于复合材料所具有的复杂性，导致特种加工之运用也会遭受限制，因此，一般来说，常规性加工的运用比较多。
二、金属基复合材料加工技术分析
所谓金属基复合材料，主要是指以金属及合金为基础，使用陶瓷颗粒和纤维等为强化材料复合起来的一种高质量的材料。因为这类材料具备了强度比较高、耐热与耐磨、稳定性高等良好的性能，从而让这类材料已经成为诸多实践领域之中最具有吸引力的一类材料。该材料大量运用在航空和军事等诸多领域。在金属基复合材料的生产过程之中，为切实降低材料的生产成本与提升性能，通常是先把该材料制作为铸锭与初级板材之后，再通过二次加工成形以制做出能够直接运用的零件等。由于精密加工技术的不断发展，对精密化、洁净化、精度较高的材料需求量不断增加，精准化与高韧度的金属基复合材料市场份额变得愈来愈大。所以，对这种复合材料的加工技术进行深入研究，对于推动机械加工技术的推广运用具备了十分突出的实际意义。
三、金属基复合材料加工的具体技术手段
一是切削加工技术手段。金属基复合材料加工技术是一种常用的技术手段。通过认识与把握材料切削加工的常见规律，准确选择刀具与切削的用量，这样一来才能确保加工质量以及相当高的成效。使用硬质合金以及高速钢等为主要的切削刀具，探究了碳化硅颗粒提高铝基复合材料之中的碳化硅含量和尺寸等参数对于切削加工性能所造成的影响。有研究证明碳化硅的颗粒尺寸一旦愈大、含量愈多，刀具所产生的磨损度也更加快。碳化硅的颗粒一旦比较粗大，其加工工件的外表也就会相当粗糙，而且随着颗粒含量持续增加而不断增加，复合材料对于刀具造成的磨损也会越大。使用聚晶金刚石刀具，可以对颗粒增强对复合材料的制备性能进行深入研究。在达到某种切削速度之时，材料对于刀具所造成的损耗是最小的，而且工件外表的粗糙度比较好。在运用常见加工设备之时，侧重于刀具结构的改进与创新，这是提升工作效率的更具有可行性的方式。
二是线切割加工技术手段。传统意义上的刀具只适合于加工体粒径比较小而且含量比较少的那些复合材料。当体粒径不断增加而且含量不断增多之后，高速钢与硬质合金等普通刀具的磨损相当快，即便于选择了高硬度刀具加以切削，其使用寿命也难以让使用者满意。因为这一情况，把特种加工法运用到此类材料之中就非常有必要。当前运用电火花线来切割加工颗粒以强化复合材料的研究已经有了大量的报道，而切割的速度以及切割之后的外表粗糙度则是十分重要的加工参数。通过探究电参数对于电火花线进行切割加工，可以对复合材料切割快慢以及外表粗糙度造成一定的影响。使用扫描电镜来分析复合材料线所切割的加工外表的样貌。脉冲的间隔对于外表粗糙度的影响并不是很大，在其达到了某种程度之时，表面上的粗糙度往往不会受到影响。通过选择比较大的峰值电流以及比较短的脉冲宽度，可以对复合材料实施比较理想的电火花线进行切割和加工。这类材料的线切割加工必须要科学地选择电加工的参数，电极间的电压一定要高出间隙以击穿电压，合理地确定电极与工件彼此间所具有的距离，合理地选择电介液绝缘力而且对间隙污染实施合理评估与清除。
三是磨削加工手段。对金属基复合材料实施磨削加工，主要是指运用磨具所具有的切削力，除了工件外表的那些多余层，可以让工件的外表质量能够达到预定要求的一些加工手段。如今，经常见到的金属基复合材料磨削加工手段主要包括了外圆磨削、内圆磨削以及成形面磨削等。这类材料所具有的磨削特点受到了增强相以及其所用的砂轮类型造成的影响，提高材料所具有的磨削方式，而软性金属堵塞砂轮则是砂轮丧失效力的一个重要因素，而磨削加工过程中所出F的主要问题就是砂轮的堵塞、磨削区出现冷却。所以说，在进行实验的条件之下，磨削颗粒增强型的复合材料之中，碳化硅砂轮的表现相当突出，其在磨削力、粗糙度等各个方面均超出了CBN以及金刚石磨料砂轮等材料。利用陶瓷基SiC砂轮以及树脂结合剂金刚石砂轮等对增强型复合材料所实施的磨削证明了SiC砂轮可用于粗磨之中。在粗磨过程中，工件磨削表面上会产生基体金属涂敷等问题，从而切实地降低表面具有的粗糙度。金刚石砂轮十分适合于进行精磨。在精磨过程中，基体材料并无显著的涂敷状况。利用细粒度金刚石砂轮，可以对1um深的磨削区实施材料的延性化磨削，其表面和亚表面并无裂纹或者缺陷出现，能够促进增强相之延性。所以说，磨削是金属基复合材料加工当中极有发展前景的加工方式之一，能实现无损化加工。
四是钻削和振动切削加工手段。碳化硅铝基复合材料的性能有别于普通钢铁材料，一般是使用整体或者涂层金刚石钻头实施孔加工。钻削加工当中出现的刀具磨损以及加工表面质量则是判断其可加工性能的重要指标。对铝合金复合材料刀具所产生的磨损以及表面质量开展试验性研究。在钻削铝合金复合材料的过程之中，钻头磨损如果发生于后刀面，产生磨损的原因则是磨料的磨损。运用扫描电镜可发现钻头后和切削速度方向保持一致的磨损沟，而钻头的横刃与外缘处也存在着磨损。刀具耐用度首推YG8钻头，TiN涂层以及深冷钻头质量较次，而HSS钻头则是最差的。当前，国内外对于金属基复合材料振动切削与加工的研究相对较少。超声振动切削作为特种加工技术手段之一，具备了减小切削力与降低表面粗糙程度、提升加工精度并且延长刀具寿命等特点。通过对铝基复合材料所进行的振动切削开展研究，把振动切削复合材料的所具有的切屑形态、变形系数以及剪切角切削形貌与粗糙度、残余应力等开展对比与研究，可以发现振动切削铝基复合材料具备了降低切屑变形、降低表面损伤程度与粗糙度、加大表面压应力等功能，这样一来就为金属基复合材料实施精密化切削探索出了一条崭新的发展途径。
四、结束语
综上所述，复合材料加工技术均有各自不同的特色，其中金属基复合材料属于具备组分材料难以拥有的全新优质性能的一种先进材料。因为复合材料的制造成本相对来说比较高，所以在其加工的过程之中应当尽可能地提升材料的利用率，切实降低能源所产生的消耗，推动我国清洁材料的生产。目前阶段，应当致力于发展各类二次成形之后的零件不再需要进行加工或少加工即可得到成品的技术，从而不断推动金属基复合材料的精密化、清洁化与高效化生产。
参考文献：
[1]沃丁柱. 复合材料大全[M]. 北京：化学工业出版社，2000.
[2]程秀全. 航空工程材料[M]. 北京：国防工业出版社，2009.
【关键字】材料加工 新材料 加工技术 制造业
1.前言
材料加工是一门多学科交叉的学科，它涉及的内容包括材料、物理、力学、机械、信息等，它涵盖的内容有很多，主要包括金属塑性成形、表面处理、粉末冶金成形等方面[1]。材料技术的发展对材料的生产和改性有巨大促进作用，从而使得材料生产效率有了较大提高，生产成本得以降低，材料使用寿命得到保证，同时，这也对促进分析研究新型材料、使研究成果产业化发展有着重要意义。今天，各种新技术的发展日新月异，然而，材料加工技术仍然是无可替代的，它对国民经济的发展起着十分重要的作用。如今，随着科学技术的飞速发展，不断有新的材料加工技术出现。在机械制造行业里，材料加工有着举足轻重的地位，在制造行业中起着基础作用。
2.材料加工技术的发展现状
从20世纪至今，出现了许多新型材料与新材料技术，主要代表有高温超导材料、纳米材料等，造成这种现象的重要因素是飞速发展的科学技术，如电子信息技术和航空航天技术，这些技术大大促进了新型材料的研究，许多新材料技术得到了开发。
然而，仍有个重要的问题存在，新型材料的研发与材料加工技术发展并没有达到同步，这样大大制约了新型材料的发展与运用。比如，一种性能优越的新型材料，具备很好的实用性，但是由于没有适宜的加工技术，导致该材料的规模化生产和利用效率低下且成本较高，制约了材料的发展，使得高性能的材料没有得到很好的运用。由此看来，发展材料加工技术的任务势在必行。
21世纪以来，材料加工的发展将会体现出的主要特征有：
（1）实现材料加工工艺与材料性能设计的统一。要实现这个统一，将会在材料加工技术领域发生重大变革，这是进入发展加工工艺技术的标志。
（2）在生产加工过程中对材料各个方面精确控制。要做到这些，不仅需要高度发展的计算机模拟仿真技术，还需要完备的数据库系统。
20世纪90年代，材料加工技术的革命已经开始，其中，就如今的发展情况来说，人工点阵与复合材料特别能代表此次的革命，尤其是人工多层膜材料以及各种层状复合材料。
3.材料加工技术的展望
3.1材料加工技术总体发展趋势
材料技术的发展对材料的生产和改性有巨大促进作用，从而使得材料生产效率有了较大提高，生产成本得以降低，材料使用寿命得到保证，并且，这也对促进分析研究新型材料、使研究成果产业化发展有着重要意义[2]。随着科学技术的飞速发展，材料加工技术快速地发展，不断有新的材料加工技术出现。该技术的总体发展趋势，可以总结为三点，分别是过程综合、技术综合、学科综合。
（1）过程综合。过程综合的趋势涵盖了两层意思，第一，实现材料加工工艺与材料性能设计的统一，使新型材料的研发与材料加工技术发展同步，使各个环节紧密地联系在一起；第二，指的是材料加工技术的各个过程的统一，这也可以称作短流程化。
（2）技术综合。材料加工已经逐渐发展成为结合多种学科的一门科学，材料加工技术综合了其它学科，使得材料加工得到了长足发展，如制备技术与信息技术的综合。
（3）学科综合。学科综合在许多方面都有所体现，主要表现为三个方面：第一，与传统三级学科相结合，例如与铸造技术综合；第二，与二级学科综合，例如与材料物理与化学综合，从一定意义上来看，与二级学科的综合是由现代科学技术的发展要求造成的，要求根据使用需求对材料性能进行设计，在这一层面进行学科综合的主要特点是，各学科间界限逐渐变得不清晰，各学科相互渗透；第三是与其他一级学科的综合，是材料科学与工程学科以外学科的综合[3]。
3.2金属材料加工技术的主要发展方向
上文着重叙述了材料加工的总体发展趋势，现在着重对金属材料今后的主要发展方向进行论述，发展方向主要包括六个方面：
（1）缩短常规材料加工流程化，提高加工效率。今后的材料加工趋势将打破传统成形加工方式，使得材料加工工艺流程得以简化缩短，有效简化工艺环节的冗余部分，最终连续化生产，从而达到提高效率的目的。
（2）成形加工技术更加先进，对组织和材料性能进行高效精确的控制。使得传统材料品质得到很大提升，更便于使用。对于难以加工的材料，将会大大提升其加工性能，并开发出高附加值的材料。
（3）材料设计、制备与成形加工一体化，有效简化材料加工工艺流程，实现连续化生产，从而达到提高生产效率的目的。
（4）进行新技术研发，开发先进的制备技术与成形技术，研发新材料，例如，大块非晶合金制备与应用技术、电磁约束成形技术等。
（5）运用计算机科学，对材料加工过程中的数值进行模拟仿真，并利用所得数据建立相应材料的数据库，这将大大促进材料加工技术的发展。
（6）材料制备与加工的智能化，这是材料制备加工新技术中最被关注的研究方向，智能化的生产与加工可以使材料生产的可靠性以及生产效率都得以提升，并使得原材料的消耗及废弃物的排放减少。
4.结语
从20世纪至今，出现了许多新型材料与新材料技术，如电子信息技术和航空航天技术，这些技术大大促进了新型材料的研究，许多新材料技术得到了开发，材料加工技术的过程、技术以及学科综合得以深化。材料技术的发展对材料的生产和改性有巨大促进作用，从而使得材料生产效率有了较大提高，生产成本得以降低，材料使用寿命得到保证，并且，这也对促进分析研究新型材料、使研究成果产业化发展有着重要意义。材料加工技术以其在科技中无可替代的地位，对我国国民经济的发展起着十分重要的作用。
【参考文献】
[1]曾大本.面向汽车轻置化材料加工技术的发展动向[J]铸造纵横
【关键词】新材料；材料加工；材料设计；科技革命；低碳经济；可持续发展
1.材料加工技术的发展历史与现状
站在人类历史发展的角度来看材料加工技术的发展，可以说至今为止已经发生了五次革命性的变化。
大约从公元前4000年开始，人类开始逐步掌握了铜的熔铸技术，从石器时代逐步过渡到青铜器时代，这是人类第一次对新材料的加工，这使得人类在工具使用方面从石器步入金属。那么，人类的生产和社会生活得到了质的提高。从公元前1350～1400年开始，青铜器时代被取代，铁器时代到来。大规模炼铁和锻造技术的出现促成了人类历史上第二次材料加工技术的产生。生产工具和武器质量进一步得到提升，生产力大幅提高，人类的生活品质得到新一轮的的飞跃。公元1500年左右，合金化材料的出现吹响了第三次材料加工技术革命的号角。在20世纪初期，合成材料技术的出现与发展引领了第四次材料加工技术革命，为近现代工业快速发展以及现代文明作出了巨大的贡献。
临近21世纪，伴随着电子信息、航天航空等高精尖技术的迅猛发展，新材料的研究与开发呈现百花齐放的态势。纳米材料、精细陶瓷材料和高温超导材料等新材料与新材料技术不断涌现。
2.材料加工技术的发展趋势与方向
2.1材料加工技术的发展趋势
“过程综合、技术综合、学科综合”是材料加工技术总体的发展趋势。过程综合含义主要分为两点，第一点指的是材料设计、制备、成形和加工一体化，各个环节关联度高；第二点指的是综合多个过程，即短流程化，比如喷射成形技术，半固态加工技术和连续铸扎技术等。技术综合是指多种学科与多种应用技术科学相结合，更多体现在计算机技术与加工技术的综合运用，以及信息技术的综合。学科综合则是指传统的三级学科之间（铸造、塑性加工、热处理和连接）的综合，与材料物理、化学和材料学等二级学科综合，与信息工程、环境工程与工程学科以外的其他一级学科的综合。其中，材料科学与工程的其他二级学科的综合的最大特点是，各个二级学科之间的界线越来越不明显，学科渗透和相互依赖性越发强烈。
2.2低碳经济环境下材料加工技术的主要发展方向
在低碳经济的新形势下，材料加工需要凭借思想创新、制度创新和技术创新等多种手段来减少能源的消耗以及减少温室气体的排放，从而使得社会经济可持续发展。
国人一谈减排二字，想到的便是可再生能源和清洁能源的使用。但实际上，减排的隐性力量源泉在于研究与开发新型材料加工技术。其中节能的建筑材料减少能耗，减少了碳排放；纳米材料减少了航空航运以及汽车运输等行业的负重，减少了高碳能源的损耗，从而达到减排的目的。当下，飞速发展的工业技术要求加工制造的产品精密化、轻量化、集成化，竞争日益激烈的市场要求产品性能高、成本低、周期短，而在低碳要求的新型环境下，材料加工被要求能耗低、污染少、走可持续发展道路。那么传统型的材料加工制造技术已经无法满足市场的需求，复合型、多功能且低碳型的材料成形加工技术正逐步取代单一的传统型。材料成形加工技术逐步综合化、多样化、柔软化、多学科化。
2.2.1现代材料成形加工技术
薄坯铸轧技术。铸造与轧制被连铸连轧巧妙结合起来，就此一项重大的技术革新在轧钢生产中产生，节能与生产连续化是其最大的优点。根据数据显示，熔化每吨钢需要消耗约2～3MW・h 的电能，钢锭与钢坯的加热能量相当于每吨消耗电能400～700kW・h，轧制每吨耗电约120～140kW・h[1]。连铸连轧技术的采用，在取消了钢锭与钢坯加热的同时，还因为去除了大直径的初轧机从而使轧制力大幅下降，使变形更加均匀。通过改良结晶技术限制，大大减少了变形量的总数，生产线也得到了大幅度的简化。
精密锻造技术。经过精锻技术的工件毛坯接近成品零件的最终形状，不需要大量加工或者不用加工即为成品，接下来的劳动剥削量少，提高效率的同时，材料与能源的损耗也被降到最低，环境污染小，是一种清洁的材料生产加工技术。伴随着精锻工件精度要求的提高，单一的冷、温、热锻的旧工艺已经无法满足要求，需要研究和开发复合成形的新工艺。复合精密锻造工艺综合冷、温、热锻工艺，对其进行组合从而共同完成一个工件的精密锻造，取长补短，这是锻造业实现节能减排的一种先进的制造技术。
德国蒂森克虏伯公司代表了世界的领先技术，他们采用的温锻/冷精整成形工艺。上海铁福传动轴公司大批量轿车等速万向节外星轮的生产，便是采用温锻/冷整形工艺，江苏太平洋精锻公司大批量齿轮等精锻件的生产，也是采用相同的方法[2]。另外，可以组合精锻和其他精密成形的工艺如精密铸造、焊接等工艺，进而提高应用范围与加工能力。如：采取精密辊锻与模锻组合工艺生产大叶片，锻件单边抛磨余量控制在0.3mm，所需锻造压力是精锻的10%～20%，设备投资是精锻的5%～10%，而且综合机械性能表现良好[3]。
2.2.2材料加工技术发展方向的展望
结构件轻量化成形。结构轻量化的实现主要有两条方法：针对材料，采用铝镁合金、钛合金和复合材料等轻质材料；针对结构，采用空心变截面、变厚度薄壁壳体等结构，不但可以节约材料，减轻质量还可以保持材料的强度与刚度适当。结构件轻量化成形不仅是为了减轻产品的质量，而且在运行过程中能有显著的节能效果。
柔性化成形。制造业的总趋势便是柔性化，这种制造方式适合产品的多变性。这是材料加工成形技术发展的大趋势，也是市场竞争的需求，在不久的将来会越来越受到重视。
虚拟制造技术。实现了从产品的设计、造型到加工过程的动态模拟、成形分析，从而对企业的生产模式和运作方式赋予了全新的概念。虚拟制造技术将改变过去只依赖经验而开展材料加工的落后状况。这标示着材料加工设计定量分析将逐步取代经验判断，进而产品开发周期、成本将大大降低，同时产品质量也得到了保证。
3.结语
科学技术迅速发展促进了材料加工技术的不断进步，促进了过程综合、技术综合、学科综合的进程。低碳经济下，可持续发展是大势所趋，而材料加工技术的可持续发展是重要一环。复合型、多功能且低碳型将逐步占领市场，材料成形加工技术将逐步综合化、多样化、多学科化。伴随着人们对环保的重视，环保材料加工技术前景光明且将不断向前发展。
【参考文献】
[1]王鑫，余心宏，叶奇.材料加工技术在低碳经济中的应用及发展[J].宇航材料工艺，2011（06）.
稀有金属材料加工需要多种技术结合在一起，主要包括以下技术：一是锭呸制备技术，二是热处理技术，三是材料表面处理技术，四是复合技术，五是稀有金属制造技术，六是稀有金属深加工技术。不同的加工技术作用不同，技术人员必须保证稀有金属材料技术应用的合理性，才能发挥出加工技术的作用。
稀有金属材料加工技术发展前景
随着社会的快速发展，个各行业也得到迅猛发展，对稀有金属材料的质量和性能也提出了更好的要求，稀有金属材料的种类不断增多，性能不断提高，而且稀有金属材料加工成本也在不断降低。稀有金属材料逐渐向高精度，超细方向上发展。比如，很多应用于航天领域的稀有金属材料已经开始向纳米级发展，而且稀有金属材料的韧性越来越强。稀有金属材料加工技术也在向短流程化方向发展。目前，应用铸造技术加工稀有金属零部件可以提高稀有金属材料的质量，避免材料的浪费，降低稀有金属材料的加工成本。如今，很多工程对于稀有金属材料的需求量都在不断增多，这也是稀有金属材料加工和开发的关键动力。但是，也有部分稀有金属材料没有被重用，这部分稀有金属材料的分析成果就无法真正转变为生产力。如今，深加工技术已经成为稀有金属材料加工技术的创新区域。
现代计算机技术的发展速度不断加快，计算机技术的发展在一定程度上推动了稀有金属材料加工技术的发展。
稀有金属材料加工技术
稀有金属箔材加工技术。稀有金属箔材已经成为工业产业所需的关键材料，工业产业对于稀有金属箔材的质量和精准度要求非常高。西方国家对稀有金属箔材加工技术的应用时间比较长，经验比较丰富，加工水平比较高，我国与西方国家的差距比较大，很多高精度的稀有金属箔材还需要从国外进口。我国必须加大稀有金属材料加工技术的研究水平，缩短与西方国家之间的差距。稀有金属箔材主要应用以下加工技术：一是真空熔炼，二是锻造，三是轧制，四是真空热处理。
稀有金属材料成形加工技术。稀有金属材料成形加工技术具有以下特点：一是生产工序比较少，二是加工效率高，三是成本低，四是材料的利用率比较高。稀有金属材料成形技术有以下几种：一是精密铸造，二是等温锻造，三是超塑性成形，四是扩散连接，五是旋压成形，六是管件塑性推制，七是粉末冶金，八是激光立体成形。稀有金属材料的价格相对较高，对于成形技术的要求也比较高。
稀有金属材料铸造技术。稀有金属材料铸造技术是应用最为广泛的加工技术。铸造技术经常被用在飞机的传动系统中，使用一定数量的钛合金来铸造成精铸件来代替传统的紧固件，不仅减轻了飞机结构的重量，也降低了飞机零部件的应用成本，提高制造效率。如今，我国的稀有金属材料铸造技术主要是依据型壳工艺进行分类，应用比较广泛的型壳加工技术有：一是机加工石墨型，二是石墨捣实型，三是熔模精密陶瓷型。其中，机加工石墨型的特点有以下几个：一是材料表面的质量比较高，二是尺寸的精准度比较高，三是铸造完成的模型可以重复使用。但是，机加工石墨型铸件的表面处理比较复杂，如果处理的不合理铸件表面就很容易出现气孔等问题。对此，稀有金属材料的铸造技术仅适合应用于结构简单的铸件加工。石墨捣实型铸造技术比较适用于结构复杂的铸件加工，降低铸件的铸造成本。熔模精密铸造加工工艺比较适用于壁薄的零部件，并且对于铸件的精准度要求较高，是国内外应用比较广泛的稀有金属材料加工技术。技术人员需要按照稀有金属材料的类型来选择铸造技术。目前，美国的稀有金属材料加工技术处于全球领先水平，我国稀有金属材料加工技术与美国差距较大。随着科学技术的快速发展，铸件热处理技术也得到迅猛发展，钛合金铸件的性能已经超过了很多传统铸件的性能。美国一架战斗机上钛合金铸件的数量大概有58个，占整个战斗机零部件总量的7.5%。
关键词 脆性材料；工程陶瓷；陶瓷加工；特种加工
中图分类号TM28 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）119-0119-02
0引言
陶瓷材料具有良好的耐高温耐腐蚀性能、强度高、硬度高，是优良的高性能材料。随着陶瓷材料学的发展，其制备技术也越来越多，陶瓷材料的性能也逐步得到提高。陶瓷材料可以用到空间探测、航空航天等高技术领域中。
陶瓷材料的原子通过共价键、离子键结合，而金属材料通过金属键相结合，所以陶瓷材料与金属材料有完全不同的性质。陶瓷材料在常温下对剪切应力的变形阻力很大，且硬度很高。由于陶瓷晶体是由阳离子和阴离子以及它们之间的化学键组成的，化学键具有方向性、原子堆积密度低、原子间距大，使陶瓷显示出很大的脆性，加工产生的缺陷多，所以是典型的难加工材料。发展高效低成本的加工技术十分重要。
1陶瓷材料的车磨削加工技术
陶瓷材料的脆性极高，似乎很难将陶瓷与车削联系起来，但是陶瓷材料的压痕实验表明如果选用合适的金刚石刀具角度和切削参数仍然可以实现陶瓷材料的延性加工。相关的实验也表明采用超硬刀具材料都可以加工陶瓷材料。李湘钒超精密车削陶瓷材料的实验表明采用W-Co类硬质合金可以加工陶瓷零件。日本的原昭夫曾采用聚晶金刚石刀具车削Al2O3和Si3N4陶瓷。目前车削陶瓷材料主要选用金刚石刀具。在刃磨性能上单晶金刚石刀具优于聚晶金刚石刀具，它们都属于微量切削，去除率较低，加工质量和精度难以保证，还有待于进一步的研究。
磨削可以满足硬金属的加工要求，因而也可以成为陶瓷材料的主要加工方法，其精度和效率比较适中。磨削陶瓷材料一般选用金刚石砂轮，金刚石砂轮磨削材料时磨粒切人工件，磨粒切削刃前方的陶瓷表面材料受到挤压，当压力值超过陶瓷材料承受极限时被压溃，形成碎屑。同时磨粒切人工件时，由于压应力和摩擦热的作用，磨粒下方的材料会产生局部塑性流动，形成变形层，当磨粒切出时，由于应力的消失，引起变形层从工件上脱离形成切屑。从成屑机理上看陶瓷
材料的去除方式仍然是脆性的。磨削加工后的表面残留了大量的加工缺陷，因此深加工就成为必然的工序。为了降低深加工的成本，近年来提出了延性域磨削的概念。延性域磨削以提高磨削表面质量为主要目标，采用调整磨粒排布方式以及精密修整等技术来实现陶瓷材料的高效精密加工。陶瓷材料的磨削还存在砂轮磨损堵塞以及加工效率低等问题，这些问题有待于进一步的研究。
2陶瓷材料的特种加工技术
超声加工是在加工工具或被加工材料上施加超声波振动，在工具与工件之间加入液体磨料或糊状磨料，并以较小的压力使工具贴压在工件上。加工时，由于工具与工件之间存在超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度和加速度不断撞击、抛磨被加工表面，加上加工区域内的空化、超压效应，从而产生材料去除效果。超声加工比较适合陶瓷材料表面脆性的特点，这种方法加工的表面质量较好，容易实现加工自动化。其缺点是加工效率较低，工具寿命较低。
激光加工陶瓷材料，是利用能量密度极高的激光束照射到陶瓷材料表面上，光能被陶瓷表面吸收，光能部分转化为热能，使局部温度迅速升高产生熔化以至气化并形成凹坑。随着能量的继续吸收，凹坑中的蒸气迅速膨胀，把熔融物高速喷射出来，同时产生一个方向性很强的冲击波，这样材料就在高温、熔融、气化和冲击作用下被蚀除。激光加工高效环保，但光斑表面的温度梯度容易形成陶瓷材料表面的微裂纹，而且激光设备昂贵，使用成本较高。
电火花加工主要是通过电极间放电产生高温熔化和汽化蚀除材料。电火花加工适合于导电材料的加工。因为陶瓷材料是电绝缘体，所以必须采取特殊工艺。一种高压电火花加工方法是在尖电极与平电极间放入绝缘的陶瓷材料工件。两电极间加以直流或交流高电压，使尖电极附近的介质被击穿，发生辉光放电蚀除。另一种加工方法是在薄片陶瓷工件上压放一块薄金属网作为辅助电极，辅助电极和工具电极分别与脉冲电源的正负极相连，并放在油类工作液中，当脉冲电压施加到两极间，便在工具与辅助电极间产生火花放电；当电火花穿过工件上的辅助电极时，由于金属材料的气化喷射或溅射等作用使陶瓷零件表面导电，加工得以持续。还有一种加工方法是在陶瓷的表面涂覆导电材料进行电火花加工。电火花加工仍面临加工效率低、加工表面质量难以保证等问题，这些有待于进一步的研究。
3特种加工辅助车磨削技术
车磨削加工的效率相对较高，但其对工具的要求非常高，而且陶瓷材料的表面质量难以保证，对于成形陶瓷零件的加工也较难。为了提高陶瓷材料的加工精度以及加工范围，在车磨削加工中引入特种加工技术将会同时获得较高的加工效率和表面质量。
超声磨削加工，是在磨削加工的同时，对工具或工件施加超声频率振动，充分利用超声波的高频振动和空化作用去除材料，超声磨削加工方式较适用于陶瓷材料的加工，其加工效率随着材料脆性的增大而逐渐提高。超声磨削技术可以明显降低磨削温度、增加砂轮使用寿命、提高加工精度和表面质量。
激光辅助车削技术是将激光照射到刀具附近的陶瓷材料，在车削陶瓷材料的过程中，材料剪切区域因激光产生高温软化，减小了陶瓷材料的切削阻力，增加了陶瓷材料的加工延性，从而达到了陶瓷材料的高效延性加工。
在线电解磨削技术是将电解技术引入到磨削过程中，通过连续有限量的电解作用来蚀除砂轮表面的金属结合剂从而对砂轮进行修整以达到微粉磨粒不断出露的目的。在线电解技术是日本理化研究所研究的成果，加工陶瓷材料可以达到超精密加工的水平。
4结论
陶瓷材料在高技术领域中应用的广泛性促进了其加工技术的研究。陶瓷材料硬度高脆性大，采用传统的车磨削技术进行加工难度比较大，而特种加工技术效率低成本高，所以采用传统的车磨削技术与特种加工技术相结合的方法将是以后陶瓷加工技术研究的趋势。
参考文献
[1]李湘钒.工程零件的车削工艺探讨[J].苏州大学学报工学版，2002，22（1）： 70-73.
[2]中井哲男.切削完全烧结陶瓷的研究结果[J].工业材料，1983，16（2）： 31-55.
[3]张贝.磨粒切厚可控的脆性材料延性域磨削基础研究[D].南京： 南京航空航天大学机电学院，2013.
