談航空碳纖維復(fù)合材料無缺制孔方法范文

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【摘要】碳纖維復(fù)合材料自身應(yīng)用價值較高，屬于先進性較高的材料，當前在航空飛機中應(yīng)用范圍逐步擴大，開始朝著多領(lǐng)域發(fā)展。現(xiàn)代化飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計以及建造先進性通過復(fù)合材料應(yīng)用位置與應(yīng)用量能夠進行衡量。目前碳纖維復(fù)合材料用量在進一步增加，隨著機械加工領(lǐng)域快速發(fā)展，在碳纖維復(fù)合材料加工中各類加工機械磨損情況較為嚴重，在加工生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的缺陷較多，受到相關(guān)部門高度重視。

【關(guān)鍵詞】航空；碳纖維復(fù)合材料；構(gòu)件；無缺陷制孔

近些年國內(nèi)外諸多公司為了對復(fù)合材料加工問題進行有效控制，在實踐生產(chǎn)過程中開始應(yīng)用各類特殊性較高的刀具設(shè)備，比如波音公司開發(fā)研制的單向四槽螺旋硬質(zhì)銑刀能夠?qū)η邢鳠釂栴}進行控制。還有西方國家通過超聲振動加工技術(shù)，通過相應(yīng)結(jié)合劑使得鉆頭能夠有效燒結(jié)，這樣有助于提升刀具應(yīng)用壽命，還能提高鉆孔效率。從我國裝配配孔中還是采取硬質(zhì)合金刀具，對刀具產(chǎn)生的磨損性較大，實際生產(chǎn)加工效率較低，加工質(zhì)量難以提升。

1碳纖維復(fù)合材料制孔缺陷的形成原因分析

1.1觀察鉆孔形成缺陷碳纖維復(fù)合材料在航空領(lǐng)域進行應(yīng)用，主要是對設(shè)計要求進行分析，然后合理選取單向預(yù)浸料進行設(shè)計，形成多層板之后進行應(yīng)用，受到材料不同層間強度的影響，在具體鉆削階段，纖維方向與切削方向的夾角會產(chǎn)生相應(yīng)變化，切削性能表現(xiàn)為不同形態(tài)。當橫刃全部鉆出之后，橫刃與材料充分接觸會導(dǎo)致材料產(chǎn)生相應(yīng)變化，此時也會對表層纖維產(chǎn)生較大影響。表層材料實際束縛性與承載較差，通過外部強大的鉆削力使得材料荷載力增加，若將鉆頭深入鉆出，外部壓力會擴大，材料中諸多纖維會被割斷，鉆孔缺陷會在作用力影響下朝著表層纖維進行深入延伸。在已經(jīng)鉆出的切削刃周邊會出現(xiàn)不同形狀的凸起部位，此時主要是撕裂和分層產(chǎn)生階段。等到缺陷實際擴展程度不斷加深，開始大于孔直徑，會形成最大隱患。切削鉆出之后，材料表層纖維會被切斷，并且相應(yīng)的切削力會降低，也難以對產(chǎn)生的缺陷問題進行控制修正。綜合上述分析，在碳纖維復(fù)合材料鉆削中應(yīng)用合金麻花鉆進行操作，由于受到鉆削力影響，加上鉆頭深度不斷擴大，出口側(cè)材料會逐步分層，纖維開始斷開，缺陷問題進一步延伸，范圍開始逐步擴大，超出孔直徑之后會成為最終缺陷[1]。1.2鉆削軸向力對各類缺陷的影響碳纖維復(fù)合材料在制孔過程中軸向力是導(dǎo)致缺陷發(fā)生的主要原因，通過軸向力、分層、撕裂相關(guān)評價能夠分析軸向力對缺陷的影響。目前分層缺陷主要是通過的分層因子相關(guān)指標對缺陷產(chǎn)生的負面影響進行深入探究。針對撕裂缺陷要對撕裂影響因子影響深度進行整合，然后計算缺陷位置拓展面積與產(chǎn)生的不良影響。通過完備的試驗對鉆頭基本轉(zhuǎn)速進行控制，可以保持為6000r/min。對鉆進速度進行調(diào)控，分別設(shè)為25mm/min，35mm/min、45mm/min，55mm/min，在鉆孔之后要對不同試件進行探傷，對分層區(qū)域測定范圍進行分析，對分層因子進行計算。為了對撕裂缺陷與軸向力關(guān)系進行分析時，要對試驗參數(shù)進行多次試驗，軸向力對撕裂缺陷有較大影響。軸向力增加撕裂因子也會逐步擴大。根據(jù)試驗可知，如果軸向力大于120N，會致使撕裂因子進一步擴大，通過在線性擬合，二、三次非線性擬合，能夠?qū)ο嚓P(guān)試驗數(shù)據(jù)進行有效對比[2]。

2航空碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件無缺陷制孔方法探析

2.1螺旋面鉆尖鉆頭加工技術(shù)由于受到技術(shù)等要素限制，致使加工過程中存在諸多質(zhì)量問題，比如通過合金麻花鉆對碳纖維材料加工會產(chǎn)生毛刺等問題。所以要對原有的技術(shù)工藝進行優(yōu)化，可以選取螺旋面鉆頭。將鉆頭形狀轉(zhuǎn)為螺旋面，與以往常用的麻花鉆鉆尖比較，橫刃主要呈現(xiàn)為S型，所以具有良好的定心能力，在切入過程中穩(wěn)定性較高，并且能夠有效降低鉆削軸向力，排屑能力較好。要對不同角度以及不同轉(zhuǎn)速進行控制，做好對比實驗，通過鉆頭幾何參數(shù)設(shè)定能夠?qū)︺@孔質(zhì)量進行控制[3]。

2.2以磨代鉆制孔方法從各項數(shù)據(jù)中可知碳纖維復(fù)合材料具有較強的硬度值，在不同環(huán)境加工中會產(chǎn)生較大熱量，在加工中對切削力敏感度較高，開展試驗時可以對電鍍金剛石鉆頭進行研究，其中電鍍金剛石鉆頭切削原理和普通鉆頭存在差異，可以全面實行以磨代鉆，在實際操作記錄情況來看，磨粒運動基本運行軌線是呈現(xiàn)為螺旋線，鉆孔刀是主要切削部分，在切入中通過較快速度全部切入到碳纖維復(fù)合材料中，在擠壓、摩擦影響下，材料纖維和磨粒切削刃之間會產(chǎn)生不同形變，所以當前相關(guān)操作人員要對基體彈性阻力和碳纖維材料彈性阻力進行調(diào)控。要確保電鍍超硬磨料基本應(yīng)用性能能夠有效提升，需要對直徑鉆頭相應(yīng)質(zhì)量進行對比。在鉆孔過程中合理選取相應(yīng)硬度的合金鉆頭，在鉆孔出口位置不會出現(xiàn)明顯的質(zhì)量問題。通過電鍍金剛石進行鉆孔，孔形能夠得到控制，加工生產(chǎn)質(zhì)量較高[4]。

2.3PCD刀具加工方法目前各個航空構(gòu)建裝配生產(chǎn)過程中對各項生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用要求較高，在裝配制孔操作過程中要對構(gòu)件合理選取，可以將復(fù)合材料與合金構(gòu)件進行配套應(yīng)用。不同應(yīng)用材料應(yīng)用功能存在較大差異，裝配鉆孔中施工難度較大。在鋁合金材料加工中要對磨粒加工進行控制，對專用刀具進行研究，比如聚晶金剛石刀具進行應(yīng)用[5]。通過生產(chǎn)試驗操作可以得出在裝配制孔中金屬材料與復(fù)合材料應(yīng)用效果較好。在傳統(tǒng)硬質(zhì)合金鉆頭選取中，選用PCD鉆頭對碳纖維復(fù)合材料進行加工能提升出口處質(zhì)量。通過具體試驗對不同材料以及頂角鉆頭加工質(zhì)量進行分析，對試驗過程進行有效優(yōu)化[6]。

3結(jié)果分析與討論

鉆孔缺陷問題發(fā)生主要是受到纖維方向的影響，在實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，要對刀具切削方向和纖維方向進行控制，如果二者呈現(xiàn)為銳角形態(tài)，纖維層將很難切斷。鉆孔軸向力與碳纖維復(fù)合材料分層因子呈線性關(guān)系，其中軸向力不斷擴大，會導(dǎo)致分層缺陷更加明顯，其撕裂缺陷也會進一步擴大。在相同生產(chǎn)效率基礎(chǔ)上，通過降低鉆孔軸向力，例如刀具角度優(yōu)化能夠提升加工質(zhì)量。通過選用不同制孔刀具，能夠使得復(fù)合材料制孔質(zhì)量全面提升。在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展背景下，如果是選取自動化機床加工要在套料的以磨代鉆方法提升加工質(zhì)量。螺旋面鉆頭鋒利度較高，通過提升鉆削軸向力能夠使得材料鉆孔質(zhì)量有效提升，相應(yīng)的耐用度會逐步降低，當前需要應(yīng)用更為專業(yè)的設(shè)備進行刀磨。

4結(jié)語

總而言之，當前要從實踐中航空碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件無缺陷制孔方法實際加工成效較好，具有良好的發(fā)展前景。當前要對刀具基本應(yīng)用性能進行優(yōu)化，對刀具成本進行控制，便于刀具有效應(yīng)用，能夠促進加工技術(shù)提升，推動我國現(xiàn)代化工業(yè)全面發(fā)展。

參考文獻

[1]鮑永杰，高航.碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件少無缺陷制孔技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2007（z1）：88~92.

[2]何凱，李成龍，龔志紅，等.航空復(fù)合材料構(gòu)件精確制造技術(shù)探討及應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2017（9）：101~105.

[3]曾學(xué)花，徐志農(nóng)，李雄兵，等.碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件超聲自動檢測系統(tǒng)[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2007（8）：47~50.

[4]藺紹玲，張士衛(wèi)，張云露，等.碳纖維復(fù)合材料在發(fā)射裝置上的應(yīng)用研究[J].航空制造技術(shù)，2017（8）：104~109.

[5]蔡聞峰，周惠群，于鳳麗，等.樹脂基碳纖維復(fù)合材料成型工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].航空制造技術(shù)，2008（10）：54~57.

[6]魏瑩瑩，安慶龍，蔡曉江，等.碳纖維復(fù)合材料超聲掃描分層檢測及評價方法[J].航空學(xué)報，2016，37（11）：3512~3519.

作者：楊文 單位：中航西飛民用飛機有限責(zé)任公司