談碳纖維復(fù)合材料與鈦合金制孔技術(shù)范文

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【摘要】碳纖維復(fù)合材料以及鈦合金都屬于很難加工的材料，通常在鉆削碳纖維復(fù)合材料時(shí)，采用高轉(zhuǎn)速和小進(jìn)給量的加工參數(shù)，切削液對(duì)復(fù)合材料的性能存在不良的影響，所以通常會(huì)采用干切加工的方式，由于復(fù)合材料自身的熱導(dǎo)率比較小，熱脹系數(shù)和彈性恢復(fù)非常大，所以就造成復(fù)合材料容易出現(xiàn)縮孔的問題。在針對(duì)碳纖維復(fù)合材料與鈦合金夾層結(jié)構(gòu)鉆削過程中，由于這些問題的存在，容易導(dǎo)致復(fù)合材料加工質(zhì)量受到影響，因此必須針對(duì)加工問題選取合適的工藝參數(shù)和工藝方法，提高加工工藝的整體質(zhì)量，通過本文的研究結(jié)果表明目前的鉆削工藝還存在一定的改進(jìn)空間，通過選擇合適的操作工藝方法，能夠有效避免夾層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)縮孔的問題。

【關(guān)鍵詞】碳纖維復(fù)合材料；鈦合金；疊層結(jié)構(gòu)；自動(dòng)化制孔

現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)中復(fù)合材料、鈦合金運(yùn)用占比不斷提高，對(duì)復(fù)合材料低損傷制孔、連接技術(shù)提出了更高要求。復(fù)合材料制孔中，容易出現(xiàn)分層、劈裂、毛刺、過熱、粗糙度差等問題，對(duì)復(fù)合材料制孔刀具的材料、幾何參數(shù)、表面涂層等提出了更高要求，對(duì)切削速度、進(jìn)給速度、切削量、冷卻方式提出了更多限制。用于復(fù)合材料制孔的刀具、加工參數(shù)不同于金屬材料加工，例如復(fù)合材料制孔需要高轉(zhuǎn)速，而鈦合金材料制孔需要低轉(zhuǎn)速，復(fù)合材料和鈦合金疊層的傳統(tǒng)方法制孔難度較大，而數(shù)字化設(shè)備制孔可以精確控制每一種疊層材料不同階段的制孔工藝參數(shù)，自動(dòng)化制孔可顯著提高復(fù)合材料和鈦合金疊層的制孔質(zhì)量和制孔效率。

1現(xiàn)階段碳纖維符合材料/鈦合金材料加工存在的問題

傳統(tǒng)飛機(jī)壁板通過分段式的結(jié)構(gòu)利用鉚釘和螺栓進(jìn)行連接，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的重量大，比強(qiáng)度低，密封性差等問題，難以適應(yīng)現(xiàn)代飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性要求，復(fù)合材料整體壁板不僅能夠減少自身零組件的重量，提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞壽命，而且也可以更好的縮短裝配周期，保證裝配生產(chǎn)效率，加強(qiáng)對(duì)復(fù)合材料壁板與鈦合金疊層結(jié)構(gòu)制孔及锪窩技術(shù)的研究具有重要意義。由于碳纖維復(fù)合材料壁板以及鈦合金機(jī)翼目前多數(shù)為人工加工，不僅加工質(zhì)量嚴(yán)重依賴工人技能水平，而且加工效率低，復(fù)合材料加工一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題比金屬材料難修復(fù)，容易引起報(bào)廢損失，無法適應(yīng)飛機(jī)批量化生產(chǎn)的高效率、低成本裝配要求[1]。

2碳纖維復(fù)合材料鈦合金疊層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及鉆孔加工的研究現(xiàn)狀

碳纖維復(fù)合材料具有良好的物理性能和機(jī)械性能，所以在航空工業(yè)中被廣泛的應(yīng)用，與其他材料相比較，碳纖維復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度和高比剛度，并且具有抗疲勞性能，耐溫性能，抗腐蝕性能等特點(diǎn)。但是碳纖維復(fù)合材料由于自身的導(dǎo)熱性能較差，所以在加工的過程中往往會(huì)因?yàn)楦邷囟浕瑸榇嗽诩庸さ倪^程中必須要加強(qiáng)對(duì)于碳纖維復(fù)合材料切削速度的控制。鈦合金主要就是在鈦基礎(chǔ)中加入其它元素，并且經(jīng)過特殊工藝處理而形成的合金，由于鈦合金的密度小，比強(qiáng)度高，耐腐蝕性好，所以在工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛的應(yīng)用。例如可以在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)吊掛，起落架部件以及活動(dòng)翼面滑軌接頭等進(jìn)行應(yīng)用[2]。鈦合金自身的密度低比強(qiáng)度高，而且熱穩(wěn)定性好，具有良好的抗腐蝕性能和抗低溫性能，所以鈦合金在航天工業(yè)中應(yīng)用范圍越來越廣泛，但是鈦合金在加工的過程中同樣也存在不足，一方面是因?yàn)殁伜辖鹱陨淼膶?dǎo)熱性能也比較差，所以在加工的過程中，如果熱量不能夠及時(shí)散出，很容易導(dǎo)致刀具的使用壽命受到高溫影響，另外鈦合金的剛性非常差，在切削的過程中由于加工表面的回彈變形大很容易與當(dāng)面產(chǎn)生摩擦影響刀具的使用壽命，而且鈦合金由于其自身的活性非常高，在高溫條件下也會(huì)產(chǎn)生多種的化學(xué)反應(yīng)形成硬化現(xiàn)象，很容易給刀具造成損傷，由于碳纖維復(fù)合材料與鈦合金兩種材料之間的性能差異非常大，在加工的過程中也存在明顯的不同。通常來說在利用同一種刀具加工兩種材料是金屬材料的特性，會(huì)影響疊層結(jié)構(gòu)的加工質(zhì)量，而且在加工碳纖維復(fù)合材料和鈦合金材料由于會(huì)導(dǎo)致刀具磨損，所以很容易影響加工質(zhì)量[3]。

3碳纖維復(fù)合材料以及鈦合金疊層加工的自動(dòng)化制孔技術(shù)分析

3.1多功能末端執(zhí)行器

多功能末端執(zhí)行器作為飛機(jī)裝配制孔應(yīng)用最廣泛的部件，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)控機(jī)床技術(shù)以及智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展而得到了廣泛的應(yīng)用，通過末端執(zhí)行器集成在機(jī)器人或機(jī)床等設(shè)備上，，不僅提高了設(shè)備的可靠性，而且也能夠提高制孔的精度和效率，為了能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)翼裝配關(guān)鍵連接孔的自動(dòng)化加工，通過設(shè)計(jì)具有螺旋銑锪窩加工功能的末端執(zhí)行器。在多功能末端執(zhí)行器中，包括機(jī)械主軸單元。底座壓緊單元以及法相測(cè)量單元等，不僅具有制孔和锪窩的功能，而且還可以自動(dòng)化檢測(cè)記錄質(zhì)量信息，以及監(jiān)控刀具壽命等相關(guān)功能[4]。

3.2多功能末端執(zhí)行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)

多功能末端執(zhí)行器機(jī)械結(jié)構(gòu)包括主軸自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)，偏心距調(diào)節(jié)以及圓弧擺動(dòng)單元，可以實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)，公轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)，偏心軸機(jī)構(gòu)等。由于自轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)電主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的保護(hù)下，可以連續(xù)高速旋轉(zhuǎn)24h，另外主軸還能夠保證刀具中心的冷卻功能，可以實(shí)現(xiàn)吹風(fēng)冷卻或者油霧冷卻，通過刀具固定在刀柄上，利用氣動(dòng)的方式可以實(shí)現(xiàn)主軸的安裝與拆卸，而勾轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)則是由公轉(zhuǎn)軸機(jī)電驅(qū)動(dòng)的公轉(zhuǎn)軸電機(jī)可以通過同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電主軸連接進(jìn)行控制同步帶的工作面屬于齒形工作面，能夠與帶輪的齒槽嚙合傳動(dòng)，保證傳送帶的抗拉性能，并且也可以提高傳送帶整體的截線長(zhǎng)度不變[5]。針對(duì)飛機(jī)整體機(jī)翼裝配的實(shí)際需求，利用碳纖維復(fù)合材料鈦合金疊層結(jié)構(gòu)自動(dòng)制孔工藝和鈦合金板锪窩加工工藝進(jìn)行研究，基于末端執(zhí)行器的螺旋銑橢圓渦自動(dòng)化制孔系統(tǒng)，可以有效的針對(duì)飛機(jī)整體機(jī)翼裝配的加工工藝加工參數(shù)以及疊層結(jié)構(gòu)自動(dòng)制孔和锪窩加工質(zhì)量的影響進(jìn)行分析，保證疊層結(jié)構(gòu)及一單側(cè)固定連接孔的質(zhì)量和效率得到全面的提升，徹底解決人工加工過程中效率低質(zhì)量不足的問題，而且通過運(yùn)用碳纖維復(fù)合材料鈦合金疊層結(jié)構(gòu)機(jī)翼自動(dòng)化制孔技術(shù)的研究，也能夠填補(bǔ)我國碳纖維復(fù)合材料鈦合金疊層結(jié)構(gòu)機(jī)翼自動(dòng)化生產(chǎn)的空白，促進(jìn)螺旋銑锪窩加工技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)整體式機(jī)翼裝配制孔的質(zhì)量和水平得到全面的提升[6]。

4結(jié)論

隨著航空工業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)在飛機(jī)對(duì)于氣動(dòng)性和整體性的要求也在不斷提高，由于傳統(tǒng)鋁合金機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量過大，強(qiáng)度剛度比較弱，密封性差等缺點(diǎn)，所以無法適應(yīng)現(xiàn)階段的飛機(jī)機(jī)翼的裝配要求運(yùn)用碳纖維復(fù)合材料壁板和鈦合金材料的過程中，由于內(nèi)部骨架會(huì)形成疊層機(jī)一，所以單側(cè)固定連接孔的加工目的多為鉆擴(kuò)鉸或人工锪窩工藝方式進(jìn)行加工，不僅無法保障加工效率，而且加工成品率不高，為了能夠改進(jìn)整體式機(jī)翼裝配至孔的質(zhì)量，可以針對(duì)整體式機(jī)翼裝配進(jìn)行自動(dòng)化加工設(shè)計(jì)，通過一種螺旋銑功能和锪窩加工功能的多功能末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)，以及針對(duì)碳纖維復(fù)合材料鈦合金疊層結(jié)構(gòu)自動(dòng)制孔來進(jìn)行鈦合金工藝可以有效避免復(fù)合材料出現(xiàn)損傷。

參考文獻(xiàn)

[1]侯書軍，高曉星，李慨，裴騰飛，曲云霞.碳纖維復(fù)合材料/鈦合金疊層板振動(dòng)輔助鉆孔技術(shù)[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，50（03）：295-301.

[2]蒲景威.CFRP/鈦合金疊層材料自動(dòng)制孔變參數(shù)工藝優(yōu)化研究[D].南昌航空大學(xué)，2018.

[3]劉俊義，孫會(huì)來，聶曉菊，趙方方.碳纖維復(fù)合材料/鈦合金疊層鉆孔工藝優(yōu)化[J].宇航材料工藝，2018，48（02）：78-81.

[4]冷小龍，李鵬南，邱新義，牛秋林，李常平.階梯鉆鉆削碳纖維復(fù)合材料-鈦合金疊層板刀具磨損試驗(yàn)研究[J].宇航材料工藝，2018，48（02）：86-90.

[5]高曉星.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金鉆孔技術(shù)研究[J].設(shè)備管理與維修，2018（06）：111-112.

[6]胡勃.基于遞歸分析的碳纖維復(fù)合材料微缺陷超聲檢測(cè)技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2018.

作者：李城 單位：航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司