碳纤维复合材料高质量制孔工艺

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1、万方数据第41卷增刊2009年12月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsV01．41No．SDec．2009碳纤维复合材料高质量制孑L工艺魏威韦红金(南京航空航天大学无人机研究院，南京，210016)摘要：制孔质量是导致碳纤维复舍材料产品报废的重要因素。本文从机械加工的角度，论述了碳纤雏复材产品制孔工艺过程中的主要缺陷及其形成机理。为解决这些缺陷，根据其形成机理，设计了相关对比工艺试验。在试验验证的基础上，提出了

2、碳纤维复合材料高质量制孔的工艺参数．关键词：碳纤维复合材料；钻孔．孑L缺陷；工艺参数中图分类号：TG3文献标识码：A文章编号：1005．2615(2009)增刊一0115-04HighQualityHoleDrillingProcessforCarbonFiberCompositesWeiWei，WeiHongjin(ResearchInstituteofUnmannedAircraft，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics。Nanjing，2100

3、16，China)Abstract：Thequalityofholedrillingisakeyfactorforscrappingcarbonfibercompositeproducts．Themajordeficiencyanditsformingmechanismsduringtheholedrillingprocessaredescribedfromtheas—pectofmachining．Toavoidthedeficiency，therelevantcomparativetestsar

4、edesignedaccordingtotheformingmechanisms．Basedonthetests，technologicalparametersofhigh—qualityholedrillingforcar—bonfibercompositesareproposed．Keywords：carbonfibercomposites；holedrilling；holedeficiency；technologicalparameter由于复合材料具有比强度高、比刚度大、可设计性强及良好的抗

5、疲劳性能和耐腐蚀性等其他传统材料不可比拟的优越性质，因此在航空领域得到广泛应用。复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一。图1为国外复合材料在大飞机的应用状况，从中可以看出复合材料在飞机上的应用与日俱增，以波音787为例，其复合材料构件重量约占全机结构重量的50％。目前复合材料不仅在大飞机制造上得到广泛应用，而且在各型号无人机制造上的应用也呈快速增长趋势。复合材料成型后，多数情况下尚须进行一定的机械加工，以满足装配、连接等要求。可以认为，机械加工是复合材料制件的最后工序

6、。其质量的好坏，直接关系到复合材料制件，以致整个飞机的质19501960197019801990200020102020酋飞时间／年图1国外大飞机复合材料用量示意图量。连接孔的加工质量直接关系到飞机的装配质量和飞机寿命。且通常孔的加工数量庞大，例如一架F一16战斗机有24万多个连接孔，一架波音747飞机有300多万个连接孔。美国最先进的F一22战斗机收稿日期：2009—05—21；修订日期：2009-08—03作者简介：魏威，男，助理研究员，1975年10月生，E—mail：w—rabbit@nua

7、a．edu．cn。爨＼嘲匠蒌#如聪万方数据116南京航空航天大学学报第41卷在研制过程中就将复合材料制孔作为一项关键性制造技术进行攻关。由于复合材料与传统材料的特点不同，它是由纤维和基体组成的二相或多相结构，是非均质和各向异性的，且碳纤维的硬度很高，所以复合材料的机械加工与金属材料有着本质的区别，因此不能将加工传统材料的经验和知识直接应用于复合材料的加工，如在复合材料制孔时采用传统的钻削金属的方法将产生较多的问题。碳纤维复合材料的孔加工质量是生产中一个极其重要的问题，制孑L时任何质量问题都会形成产品

8、的缺陷，导致零件报废。据统计，飞机在最后组装时，制孔不合格率要占全部复合材料零件报废率的60％以上[1]。，本文从机械加工的工艺角度，论述了碳纤维复合材料孑L加工过程中的主要缺陷，针对这些缺陷，作者设计了相关工艺实验方案，并进行了对比试验，在此基础上提出基于碳纤维复合材料高质量制孑L的工艺参数。1碳纤维复合材料孔加工过程中的主要缺陷[1。6]碳纤维复合材料属于难切削加工材料，它性脆、强度高、碳纤维硬度大导热能力差，导热系数只为奥氏体不锈钢的1／5～1／lO。碳纤维的高