复合材料成型后通常需要进行二次加工以获得所需的几何尺寸、形状精度和表面质量复合材料的加工方法主要分为常规机械加工和特种加工。常规机械加工方法如钻削加工、铣削加工、车削加工等，仍然是复合材料加工的主要手段，在航空航天、汽车制造等领域获得了广泛的应用和研究，但在切削加工过程中存在刀具磨损过快、表面缺陷严重、废品率高等问题。为了解决复合材料在常规机械加工中存在的问题，常采用非机械加工法如高压水射流加工法、电火花加工法等，或机械加工与物理能场结合的方法如超声振动辅助加工、激光束加工等，对复合材料进行加工，即特种加工。

特种加工也称为“非传统加工”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等目的。例如，通过引入超声场、温度场、等离子体等能场，利用超声波高应变率效应、激光热效应、等离子体低温脆性等改变热力条件、诱发材料表层微观组织和力学性能的改变，对复合材料的切削加工性能产生影响，从而获得期望的加工质量。高压水射流加工法是一种冷加工方法，被认为是一种非常适合硬脆材料加工的工艺方法。其原理为，通过增压器将机械能变成水的压力能，再通过喷嘴小孔将水高速射出，形成高能射流，使水的压力能变成动能而完成材料切割。当水射流冲击被切割工件时，动能又重新变成作用于材料上的压力能。若压力能超过材料的破坏强度，即可切断材料。可以采用的水射流有纯水射流、聚合物水射流和磨料水射流。纯水射流可用于加工较软的材料:聚合物水射流是指向水中添加了低浓度高分子长链聚合物，可增加射流密度和射程，提高靶距;磨料水射流是指将磨料加入水中，可加工硬的材料。薄的复合材料可以采用纯水射流加工，而厚度较大的复合材料必须采用磨料水射流进行加工。

水射流加工的主要优点:冷态加工，对材料无热影响或热损伤;点能源切割，可切割任何复杂形状，且可以从任一点开始;湿法切割，无粉尘、火花、烟雾等;高聚能射流，可通过加入聚合物或磨料，增加射流强度。水射流加工的主要缺点:当工件厚度增加时易引起表面毛刺:此外，复合材料中的环氧等基体在加工过程中吸收水分会导致纤维拔出、内部脱黏、分层等缺陷。由于能量的扩散和层间断裂韧性不同，水射流的起始位置对表面损伤具有重要影响。从边缘开始切割的表面损伤小于从中间开始的，损伤的形式包括分层、开裂和崩边。

激光束加工是一种成熟的热加工工艺，已经成功应用在复合材料的加工中，其物理过程为传热，当激光打到工件上时，通过反射、吸收将高能激光束聚焦到刀具前方的待切削区域，使工件材料受热软化、材料强度降低，进而改善其切削性能。激光具有良好的可控性，可以实现对加热温度和区域的精确控制。激光辅助可以使材料的屈服极限削弱到断裂韧度以下，从而提高切削刀具使用寿命、改变切屑形态、抑制表面裂纹产生和延展并优化表面完整性。激光東加工的特点是切缝小、速度快、能大量节省原材料和可以加工形状复杂的工件，同时激光束加工无须装夹加工工具，可实现非接触式加工，减少了因接触应力而对复合材料带来的损伤。

超声振动辅助加工是在常规机械加工中刀具与工件相对运动的基础上，对刀具或工件施加超声波振动，使刀具以超声频率(一般为20~50kHz)沿切削方向振动辅助进行切削加工的一种方法。在一个振动周期中，刀具的有效切削时间很短，在大部分时间内刀具与工件完全分离，刀具与工件的断续接触使得切削热量大大减少，从而获得更好的加工性能:同时刀具与工件周期性分离的特性，使得冷却液可以进入核心切削区，同时降低切削温度和减小切削力，延长刀具寿命。超声振动辅助加工的特点是加工精度高，可明显提高已加工表面质量，显著降低表面粗糙度和切削温度，使切削过程中的切削力大大减小，并减少微裂纹的生成，为复合材料的加工应用提供了技术途径。

特种加工方法还有电火花、电子束、电化学等方法，这些方法都有自身的优点和适宜条件。电火花加工的优点是切口质量高、不会产生微裂纹，唯一不足是工具磨损太快。电子束加工属微量切削加工，其特点是加工精度极高，没有热影响区，适宜在大多数复合材料上打孔、切割和开槽，不足是会产生裂纹和界面脱黏开裂。电化学加工的优点是不会损伤工件，适宜于大多数具有均匀导电性复合材料的开槽、钻孔、切削和复杂孔腔的加工。各种特种加工方法的特点如表1.2所示。

从上面的分析可以看出，复合材料的各种特种加工方法，大都具有刀具损小、加工质量高、能加工复杂形状工件的优点，但各自都存在自身的不足和局限。随着对特种加工方法研究的深入，复合材料特种加工方法将不断完善，有望成为复合材料加工的主流方法在各种特种加工方法中，利用超声波高应变率效应的超声振动辅助加工方法，结合了超声能场与机械加工的优势，工件材料在超声作用下发生软化，改变了工件材料的裂纹扩展形式，相较于常规机械加工减小了切削力，从而可以获得较好的工件表面质量，是一种较好的复合材料加工方法。

内容来源：《复合材料超声振动辅助钻削加工技术》张臣 编著