沆空用CFRP/Ti叠层材料制孔工艺综述

作者:蒲景威;高延峰 刊名:金属加工:冷加工 上传者:李高帅

【摘要】文章基于CFRP/Ti叠层材料构件的加工特性,综述了CFRP/Ti叠层构件制孔工艺的研究现状。

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专 题 综 述 TO P l C A k R EVl EW 航空用CFRP/Ti叠层材料制孔工艺综述 南昌航空大学航空制造工程学院 (江西 330034) 蒲景威 高延峰 摘要 :文章基于CFRP/Ti叠层材料构件的加工特性,综述 了cFRP/Ti叠层构件制gL_X_艺的研 究现状 。 蒲景威 随 着航空技 术的发 展 ,对制 造 飞行器所需 材料的综 合性 能要 求越 来越高 ,并且对飞 行器总体 也追 求轻型化 。然而常规 的航空 材料 很难满足 这些要求 ,因此必 须研 究性 能优越 的航空材料 。碳 纤维 增 强复 合材料 (CFRP) 比 强度 高 、比模 量高 、耐腐蚀 、抗 疲劳性 强 、具有 设计性 、成 形性 强且 质量轻等优 点 ,在航空 制造 业 中使 用比例越 来越 高 ,被 大量 应用在航 空工业 中。在航空 器装 配过程 中复合材料 常与金属材 料 装配在一 起形成 叠层构件 ,这 种 叠层材料 构件的好处 是增强材料 特 有性能 的同时又 不增加构件 质 量 。基于这 一优势 ,这种构件 在 航空 领域迅 速发展 ,并 且碳纤维 复合材料/钛合金 (CFRP/Ti)的 用量 已成 为衡量航空 事业先进性 的重要指标之一。 叠 层构 件的优越性 能确保 了 其在 制造 大型商用 飞机 中关键承 载部件 中的应用 ,并且这种构件 成功的制 造 了可承 受高热机械应 力的飞机结构 ,新一代的波 音787 的机翼 与机身的连接 就是一种典 型的应 用。在航空 制造 业 中此类 构件主要 采用铆接和螺 栓联接 , 为 了保证 构件 中两种材料 孔的 同 轴 度和加 工效率 ,CFRP/Ti叠 层 构 件在装 配过 程中的联接 孔通常 采 用一体化加 工方式 ,一 次性钻 削联接孔 。现 代航空组 件在装配 复合材料 与钛合金时需要加 工大 量联 接孔 ,因此 制孔的精 度和品 质对飞机的可 靠性和寿命 起着决 定性作用。 1.CFRPFFi叠层材料制孔的 特点 CFRP是以碳纤维或碳纤维织 物 为增 强体 ,以 树脂 、陶瓷 、金 属 、水 泥 、碳 质或橡胶等 为基体 形成 ,而现代航 空器上使用最 多 的是以环 氧树脂 或酚醛树脂基 为 基体的碳 纤维复 合材料 。由于碳 纤维脆性 大 、硬度 高、表面光滑 与树脂结 合能力差 ,因此其形成 的复合材料 层 间强度低、抗冲 击 能力差。CFRP由于硬度高 、耐磨 性好 ,在钻削加工时 易导致 刀具 磨损严 重 ,另外 因复合材料树脂 基体相 质较软 ,加工 过程中温度 过高容 易导 致其基体融 化变质 。 还有就 是CFRP层 间强度低 ,在 轴向力作 用下 易诱发分 层 、撕裂 等损伤 。因钛 合金弹性 模量低 , 加 工过程 中在 切削力 作用下易发 生变形 。因导 热率小 ,加 工时导 致 切削温度 升高 ,高温 下 刀具 易 磨 损 ,且 高温 下金属化学 反应活 泼 易发生熔焊 粘结现象 ,损坏 刀 具 。钛合金在 加工过程 中弹性 恢 复大 ,导致其 钻削性差 ,加 工尺 寸不 稳定 。一 般加 工钛 合金 采用 低转 速适量进给 并使用切 削液 , 而加 工复合材料时 一般采用 高转 速和 小进给量且 不使用切 削液 。 为确 保构件孔加 工精 度 ,航空 制 造业 需采用一体化加 工方式一 次 性钻 削联接 孔 ,因此 导致CFRP/ Ti叠 层构 件成 为航空 领域难加 工 材料之一 。如图l所示叠层材料 钻 削示意图。 2.CFRP/'I'i叠层材料钻削

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