无人机碳环氧复合材料高质量无损伤制孔工艺研究

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1、学术论文无人机碳环氧复合材料高质量无损伤制孔工艺研究彭海珍，谢建超，曹可乐，周洪，潘晶晶（航天神舟飞行器有限公司，天津300312）[摘要]碳纤维复合材料制孔时易产生各种加工缺陷，影响制孔质量。本文对碳纤维复合材料的制孔缺陷原理进行研究，并设计相关对比工艺试验,，对制孔工艺中钻头工作参数、钻削参数等提出了较优建议。[关键词]碳纤维复合材料；制孔；缺陷；参数[中图分类号]TG316.1+5[文献标识码]A[文章编码]1003-5451（2017）04-0029-04HighQualityHoleDrillingProcessforCarbo

2、nFiberCompositesonUAVPENGHai-zhen,XIEJian-chao,CAOKe-le,etal.（AerospaceShenzhouAerialVehicleLtd.,Tianjin300312）[Abstract]Holedrillingoftenresultsinalotofmachiningdefectsincarbonfiberbcompositematerialwhicheffectsthequalityofhole.Therelevantcomparativetestsaredesignedtores

3、earchtheformingmechanisms,Basedonthetests,technologicalparametersofhigh-qualityholedrillingforcar-bonfibercompositesareproposed.[Keywords]carbonfibercomposites;holedrilling;deficiency;parameter复合材料是指高性能树脂基复合材料，综合性能和时易出现层间分层、毛边、烧蚀等缺陷，进而影响紧固件铝合金相当，但是比刚度、比强度要高于铝合金，与传统装配质量，对整

4、个飞机结构强度有很大的影响。材料相比有很多优越性质，所以在航空航天领域有广泛造成复合材料制件后加工缺陷的主要因素包括以的应用。在无人机制造上的应用也逐渐增多，现在国内下几点。先进的无人机机翼、尾翼与机身已采用复合材料制造。①对碳/环氧复合材料制件制孔过程中缺陷产生复合材料各部件的连接形式主要有胶接和机械连的机理不了解；接，机械连接的第一个重要步骤就是制孔。飞机上连接②传统切削刀具因强度低、耐热性差，不适用于现孔一般数量巨大，制孔的质量好坏直接影响后续紧固件有碳/环氧复合材料的制孔加工；的装配，乃至影响整个飞机的质量。③因碳/环氧复合材料的

5、特性，现有的切削工艺参碳纤维复合材料是由碳纤维和基体组成的非均质数，不适用对其进行制孔加工。材料，而且碳纤维材料硬度较高，且碳纤维复合材料具通过对近几年的科研文献的研究，了解碳/环氧复有各向异性。因此在进行制孔、锪窝、修形等二次加工合材料典型结构形式制件制孔过程中缺陷产生的机理，作者简介：彭海珍（1985-），男，本科，研究方向为航空材料与制作工艺的研究。·29·无人机碳环氧复合材料高质量无损伤制孔工艺研究旨在探索使用技术成熟的专用刀具实现碳/环氧复合进给量的大小、钻头的钻刃锋利度和转速。进给量越小，材料制件高质量制孔的工艺方法。通过对正

6、交试验数出口撕裂程度越轻。在初期阶段，手工钻铆公司主要采用据的收集、分析及总结，对各项工艺参数进行量化确定，了碳素钢钻头，发现使用几次后，孔出口撕裂严重，后改用总结一套适用于企业现有生产条件的制孔质量较好的硬质合金钢钻头后，孔出口质量有了明显提升。在使用气加工工艺参数。动高转速钻时较手动低转速钻孔质量有较大改观。1钻孔缺陷产生的机理研究碳纤维复合材料由碳纤维每层按不同角度铺设而成，所以切削加工难度大，且碳纤维硬度高、导热性能差。这些特性使得普通刀具的耐用性降低，磨损快。由于每层碳纤维方向不同，中间靠树脂基粘接，强度较低，图2孔出口起毛图3

7、孔出口撕裂这使得钻孔产生的切削力作用下容易产生缺陷（图1）。1.2分层碳纤维复合材料制孔的主要缺陷包括分层、撕裂、毛边、复合材料层与层之间为树脂基，分层缺陷可以说是劈裂等。影响碳纤维复合材料切削力的主要因素有刀层之间脱胶，会导致复合材料板件刚度和强度下降，严具结构参数、转速、进给量和切削深度。切削力包含垂重情况下导致结构件报废。在复合材料制孔过程中，孔直向下的轴向力和切削速度方向产生的扭矩力，垂直方壁周围的材料易出现分层现象，这也是制孔加工的主要向的轴向力是导致孔壁分层、撕裂的主要因素。缺陷之一。造成碳纤维复合材料孔加工分层的主要原因有两

8、个，一个是钻削力，一个是钻削热。钻削时，钻头的锋利性逐渐钝，难以切断碳纤维，钻头的切削部分与被加工碳纤维复合材料的接触部分发生摩擦，使切削力增大，并产生大量的摩擦热，从而导致刀具的耐用度下降，