關于先進復合材料裝配工藝的應用研究

薛榮偉

【摘 ?要】通常先進復合材料都具有很高的強度與剛度，而且材料較輕，既能夠耐高溫又能夠耐腐蝕，屬于非常好的結構材料，我國有些航空公司就在機垂直尾翼的部分使用了復合材料，這項探究不僅為我國先進復合材料的應用打造了良好的平臺，而且還有效的提升了我國先進復合材料裝配工藝的應用。因此本文就重點研究了先進復合材料裝配工藝的應用情況，希望給我國的先進復合材料裝配工藝應用帶來積極的促進作用。

【關鍵詞】復合材料;裝配工藝;應用研究

一、引言

先進復合材料因為存在較大的強度和剛度，又具有極強的耐高溫性、耐腐蝕性以及材料輕等優點，所以現階段被視為最佳的結構材料。作為典型的先進復合材料的代表主要包括：聚合物基復合材料以及金屬基復合材料。其中，這些材料被廣泛的應用于飛機、火箭、導彈、衛星以及坦克等眾多的軍事設備當中，而且規模還在不斷的擴大。同時，我國還出現了將先進復合材料使用在飛機上面的情況，這是由西飛公司首次研發的，該公司對先進復合材料裝配工藝應用的探究是從20世紀的90年代開始的，其將芳綸復合材料以及芳綸鋁合金層板材料一起使用在飛機的垂尾部分，這項研究有效增強了我國先進復合材料裝配的工藝。

二、先進復合材料裝配工藝應用探究

（一）先進復合材料裝配工藝應用現狀

此工藝主要包含的技術有預裝配、修合、制孔以及連接等。通過這幾年的大量研究以及對方案的不斷優化使得工藝的質量基本能夠得到保障。我們都知道即便復合材料存在極好的物理特性，不過到現在為止還無法如金屬材料一樣獲取普遍的使用，這主要原因有兩個，分別為：1.復合材料的成本較高。2.復合材料的加工性能差。特別是由芳綸纖維所構成的復合材料，其屬于復合材料里極難加工的材料之一。所以先進復合材料裝配工藝應用還不是非常的普遍和廣泛。

（二）先進復合材料加工過程中存在的問題

在對復合材料進行加工時，通常會存在這兩個問題：1.材料自身問題。2.加工問題。一般復合材料裝配的內容為制孔與連接，但孔的質量會直接影響連接接頭的使用年限，所以必須重視制孔環節。其中，涉及到孔的質量方面的內容有尺寸、圓度和粗糙度等，這些內容都會導致連接位置的應力匯合，從而使其發生損壞，如果是加工芳綸的復合材料，則結果會更加嚴峻。

三、先進復合材料裝配工藝應用的流程

第一，嚴格檢驗復合材料配件。應用的復合材料配件既應該和圖紙相匹配，又應該達到交付的狀態。

第二，修合預裝配。通常情況下復合材料的配件交付情況都是滿足圖紙的尺寸要求，不過還為了達到裝配的協調性，就會在配件的旁邊設有一些空余。而修合預裝配工作實質上就是把復合材料配件裝配在準確的地方，先定好位置，然后去掉配件旁邊的空余，以達到圖紙的要求。因復合材料自身所具有的特殊屬性，所以在去掉空余時通常會發生分層、脫離等情況，所以必須采用專業的器具與良好的工藝措施來去除空余。

第三，制孔。要想得到最佳的孔徑，就必須滿足裝配的規定。因此在制孔的時候，需特別關注以下的工藝過程：1.制孔之前的準備工作。復合材料與金屬材料不一樣，在制孔的過程中規定必須采用一次性的支撐底板或者鉆孔墊板，而且墊板的材料應和配件的材料一樣，也可以應用其他材料，但是最好一樣。另外，墊板需穩定的夾住制孔物的后部，必要時還應加層填料，以保證復合材料配件和墊板的縫隙全部補填完整，如此就能夠充分避免制孔的出口處發生剝落和損壞情況發生。2.刀具的選擇。因為普通鉆頭與擴孔鉆不適合用在芳綸的復合材料制孔，所以通常采用三刃麻花鉆來制孔。由于芳綸纖維材料的主要成分為芳綸纖維，如果使用兩刃麻花鉆頭的話，很難切斷材料，并且還會把纖維弄在孔的表面處。而采用三刃麻花鉆正轉變了此種狀況，其主切削刃和副切削刃所形成的夾角由鈍角變成了銳角，這樣就會使刀具變得更加銳利，在制孔時就不會出現偏差、不圓潤以及損傷等問題。對于鉆孔的刀具應該使用硬質的合金，這樣能夠有效增強刀具的使用壽命。3.鉆孔工藝。首先，應按照制孔之前的準備工作來進行，在配件的后部放一塊支撐板或者鉆孔墊塊，并精確的定位，100%的夾緊。其次，制孔過程必須選用合適的專業刀具。然后，根據切削的實際參數來制孔，使鉆孔-擴孔的準確度達到H10。最后，要是芳綸的復合材料和相連的金屬材料無法直接進行鉆孔，就需要先依照上面的要求獨立在復合材料配件上面鉆孔，之后再和金屬配件結合夾緊，并在復合材料配件的一側采用通用鉆孔工序來鉆孔。當鉆孔經過金屬配件時，要極其注意，以防止在復合材料上面發生邊緣載荷。

第四，锪窩。在锪窩的時候，應采用專業的锪窩鉆，并保證锪窩鉆的上面有緊固件的轉角半徑，同時還應采用锪窩限位器。

第五，連接。飛機裝配的連接工藝主要應用的是鉚接或螺接，此工藝形式同樣也適合對復合材料配件的裝配。不過由于復合材料所具有的特殊屬性，使得大多數的主要部位都應用的是螺接，并不適合鉚接，這主要是由于鉚接的過程復合材料配件在遇到沖壓與膨脹時會使孔壁的內部構造發生損壞。原先對復合材料配件的裝配和連接都是應用的標準物件，通過間隙來配合，這對復合材料配件的夾緊力都沒有要求。

四、應用實例

某公司所研發的復合材料裝配工藝是對飛機的垂尾部分應用了聚合物基芳綸復合材料以及金屬基芳綸鋁合金層板，這樣做是為了增強飛機的強度以及抗老化性能，并充分減輕飛機垂尾部分的重量。

（一）芳綸復合材料垂尾前緣的裝配

為確保復合材料垂尾前緣的裝配良好，就必須經過大量的實驗來了解工藝的參數。但是通過實驗所得到的結果還不能全面保證適合生產線，不過還規定垂尾前緣在型架上和前梁點定位100%夾緊，通過實驗可知：應使用幾何尺寸小的工藝試片，這樣裝夾比較便捷，環境比較開闊，但芳綸復合材料垂尾前緣配件的裝配工藝會受到飛機框架與型架的限制。經過深究后可以發現通過改變裝配的順序以及產品孔定位的夾緊，來處理存在的問題，最后裝配成功。

（二）方向舵芳綸鋁合金層板蒙皮的裝配

芳綸鋁合金層板屬于金屬基的復合材料，我國是首次應用在航空領域當中。此層板可依照傳統的鋁合金材料加工法進行加工，對此層板的裝配件實施下料、修邊、鉆孔、锪窩以及鉚接等工藝。通過研究可以發現由軟的基體以及高強的纖維所構成的芳綸鋁合金層板不適于 開展制孔與鉚接，所以就需探究專業的連接工藝，來完成蒙皮裝配。

五、總結

通過上述的內容我們能夠知道：先進復合材料在我國的航空領域取得了快速的進展，不過和發達國家比，還具有很大的差距。為此必須加大力度深入的研究，多引用一些國外的先進復合材料裝配工藝技術。所以現階段我們應該根據企業的特征，來實施工藝的探究，并將國外的先進技術進行創新和改善，以研發出適合我國復合材料裝配工藝的技術，使更多的復合材料應用到航空領域當中，以全面推動我國科技和技術的發展與進步。

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（作者單位：哈爾濱哈飛空客復合材料制造中心有限公司）