碳纖維增強復(fù)合材料日漸廣泛地運用于飛機結(jié)構(gòu)中

1、碳纖維增強復(fù)合材料日漸廣泛地運用于飛機結(jié)構(gòu)中。復(fù)合材料地引入很大程度地提高了飛機地整體性，但由于檢查、拆裝、維護地需要以及工藝地限制、結(jié)構(gòu)和工藝分離面仍是不可避免地。和金屬件一樣，復(fù)合材料各零部件間也要通過連接而成為一個整體。復(fù)合材料地連接方式有粘結(jié)、機械連接和混合連接三種。機械連接由于具有可靠性高，便于重復(fù)拆裝，并對環(huán)境和疲勞影響不敏感等特點，而成為一種最常用方式，如F16垂尾、F18機翼、AV8B機翼和前機身、B1水平安定面等的復(fù)合

2、材料結(jié)構(gòu)件，均采用了以機械連接為主的連接方式，其中AV8機翼上有3000個緊固件，前機身有2450個緊固件用于復(fù)合材料的連接。由于復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和力學(xué)特點，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)機械連接與金屬結(jié)構(gòu)的機械連接有極大的不同，主要表現(xiàn)在下面四個方面：.碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件裝配前鉆孔困難，刀具磨損快，孔的出口端易產(chǎn)生分成；.用于碳纖維復(fù)合材料連接的緊固件易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，需采取防腐措施；.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在實施機械連接過程中易產(chǎn)生損傷，因此緊固件的機構(gòu)和裝配

3、方法不同于金屬；.復(fù)合材料接頭的強度不僅與接頭尺寸有關(guān)，還受其他多種因素的影響。這些特點大大增加了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接的復(fù)雜性。二、碳纖維復(fù)合材料的制孔工藝復(fù)合材料層壓板的主要弱點之一是層間剪切強度低，因此鉆孔時的軸向力易引起層間分離和出口端的分層，另一個文題是碳纖維對刀具的磨損嚴(yán)重，刀具使用壽命短。此外，能導(dǎo)電的碳粉塵會引起電器設(shè)備的短路。為了解決這些問題，常采取下列措施。1.改進刀具材質(zhì)碳纖維的硬度是HRC53~65相當(dāng)于高速鋼的硬度，

4、所以用高速鋼鉆頭碳纖維復(fù)合材料磨損很快，通常只能鉆幾個孔，必須選用硬質(zhì)和金作刀具材料，國產(chǎn)Y330硬質(zhì)合金的約HRC90抗彎強度約2000MPa試驗證明比較適于制作復(fù)合材料鉆孔刀具。在鋼基體上電鍍一層人造金鋼砂可進一步提高鉆頭的使用壽命，也是一種常采用的措施。2.改進鉆頭的幾何參數(shù)和鉆頭形式研究表明，鉆孔時作用在層壓板上的軸向進給力越大，作用在中間層上的拉伸力越大，產(chǎn)生分層性的可能也就越大，而鉆頭幾何參數(shù)和形式都會影響軸向進給力，實踐證

5、明，鉆頭采用100120的頂角，1525的后角，2530的旋轉(zhuǎn)角，0.91.4mm的鉆芯厚度比較理想。另外為了改善孔的質(zhì)量，延長鉆頭使用壽命，人們還研制了雙刃扁鉆和四刃絞刀式扁鉆。3.改進鉆削工藝鉆削試驗表明，鉆孔時產(chǎn)生的軸向力與鉆削進給速度直接有關(guān)，進給速度為0.01mmr時，軸向力為13.44kg進給速度為0.07mmr時，軸向力增加到28.29kg因此，為保證孔的質(zhì)量，宜入孔內(nèi)進行濕安裝。為防止鋁螺母與復(fù)合材料間的電偶腐蝕，二者之

6、間加純鈦墊圈進行隔離。安裝完畢后，再在整個外露區(qū)涂一層環(huán)氧樹脂底漆和一層聚氨酯清漆進行全封閉四.復(fù)合材料接頭的裝配與金屬材料相比，復(fù)合材料性脆，纖維和基體間易剝離，表層易受損傷，各向異性顯著，應(yīng)力集中高等缺點，因此其機械連接工藝與金屬有顯著的不同。1.鉚接的選用由于復(fù)合材料有延伸率小，層間強度低，抗沖擊能力低等弱點鉚接易引起復(fù)合材料層壓板孔內(nèi)壁及表皮的損傷，國外普片認(rèn)為，只有在復(fù)合材料——金屬傳載接頭上才允許使用鉚接，但是由于鉚接在機械

7、連接中工藝最簡單，成本最低，增重也最少，所以即使在全復(fù)合材料接頭上，設(shè)計人員仍希望在承力不大的部位采用鉚接。大量實驗證明，只要選用塑性好的材料（鋁合金是飛機鉚接最常用的材料，但考慮電化學(xué)腐蝕的存在，復(fù)合材料用純鈦TAI）制造鉚釘，并在結(jié)構(gòu)和工藝上采取一定的措施（如控制釘桿的膨脹量，采用壓鉚而非錘鉚等），鉚接在飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上還是可以得到應(yīng)用的。常用的鉚釘有兩大類：釘桿有鐓粗的鉚釘——需在鐓頭端加一鋼性金屬墊片來控制釘桿的膨脹量，并且用