铝基复合材料在惯性平台结构件中的应用.pdf

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1、2001年6月航天工艺第3期铝基复合材料在惯性平台结构件中的应用北京兴华机械厂周琪单联洁文摘采用铝合金材料加工惯性平台结构件存在着尺寸稳定性差精度不易保证可靠性差等难以克服的缺点新型材料铝基复合材料的出现为满足平台系统质量轻高性能高可靠性的要求创造了基础条件文中介绍了铝基复合材料的优良特性及国内外使用状况并针对当前国内的生产水平探讨了加工铝基复合材料平台结构件的可行性必要性等问题主题词惯性平台铝基复合材料结构件精密加工1引言工艺性能优异如变形铝合金LY12容易进行切削加工或压力加工铸造铝合金ZL201惯性平台结构件多为形状复杂精度高具有优良的铸造性能可进

2、行压力砂型金可靠性高稳定性好的精密零件如平台框架属型铸造等但铝合金弹性模量小在切削加类零件内环外环台体基座等要求材工时表现出刚性差结构受力变形较大尺料经毛坯成型和机械加工后在高低温变化寸稳定性较差等缺陷以平台薄壁零件内环为振动冲击等工作环境下具有抵抗永久变形和例内环结构见图1零件两对相对孔A与D长时间地保持精度稳定的能力这就对结构材B与C分别是轴承安装孔孔间的相对位置精料提出了严格要求如高的比强度好的比刚度要求高以确保框架系统的精确位置和满足度良好的力学性能稳定的物理化学性能对支承轴所产生的干扰力矩最小的要求内环低的膨胀系数较高的微屈服抗力以及优良的毛坯

3、为锻件加工量大在精加工过程中零切削加工性能等等因而平台结构件材料必件的尺寸和形位精度很不稳定尤其是放置一须是具有优良特性的材料随着惯性技术的发段时间后孔的位置精度变化很多如LY12展对惯性器件的精度提出了更高的要求而在现行的稳定处理条件下长度的变化只能控材料的优异直接影响零件的质量和整个产品制在1020mm/年而形位精度的变化还要高1的性能传统材料正受到新型材料强有力的挑2个数量级,装配仪表逐次漂移逐日漂移现象战新型材料铝基复合材料的出现充分严重有时不得不进行返修造成平台零件的满足了平台系统质量轻高性能高可靠性的合格率较低甚至整个平台精度的失效影响要求了

4、惯性平台的生产周期和使用精度另外对铝合金材料的热处理工艺研究有待深入准确2惯性平台结构件材料使用现状测试应力释放情况难度较大因此紧跟现代材料科学的发展有针对性的研究适用于精密目前平台结构件主要采用铝合金材料惯性结构件的新型材料稳定精度提高仪表铝合金[1]是常用的重要结构件材料它的密度可靠性促进惯性技术的发展已成为当务之小具有不锈钢的比强度和优良的力学性能急收稿日期2001-03-19362001年6月航天工艺第3期本低热膨胀系数与之相近是高精度仪表的理想选材之一铍合金的使用曾使平台精度提高了一个数量级但铍合金由于存在脆毒贵的严重缺陷限制了它的应用在国外铝

5、基复合材料的基础研究日臻完善材料制备技术和加工技术基本成熟并形成了批量生产的能力在交通体育能源化工纺织等工业部门已开始应用但由于制备工艺较复杂成本偏高而未能广泛应用在军事应用方面却十分活跃在高尺寸稳定性和高刚度的精密零件如卫星框架支架镜筒调节机翼惯性平台对热膨胀系数有较高要求的零件要求图1内环结构示意图强度高的结构件如各种军用发射镜红外遥感器件等航天航空兵器仪器仪表方面已3复合材料在国内外应用情况及在惯性结构件有成熟的应用实例中的应用前景在国内对铝基复合材料的研究日趋深入材料制备和加工技术正在突破但尚未形成批3.1复合材料应用情况量生产能力在军用方面取得

6、了较大突破如惯性仪表发展依赖于新材料及其工艺技术哈工大研制成功某型号全金属基巡航导弹惯性的支持材料的性能对仪表的精度起着十分重平台大幅度提高了巡航导弹惯性制导的可靠要的作用目前国内外对复合材料的研究发性和精度展迅速可充分利用和发挥复合材料的优势3.2复合材料在惯性结构件中的应用前景研制出卓越性能的惯性平台满足惯性器件的复合材料是近年来发展起来的一种新型材高性能高可靠性的要求料由于铝基复合材料具有高的比刚度比强根据所用基体材料的不同复合材料可分度[2]约为相应铝合金材料的1.42倍而密为金属基非金属基两种在此着重讨论金属度接近振动阻尼为相应铝合金材料的1.

7、23基复合材料金属基复合材料可分为连续长倍热膨胀系数可在10810-6/范围内纤维增强金属基复合材料和非连续颗粒调整变化机械性能介于铝合金和铍合金之间晶须和短纤维增强金属基复合材料两种其因而很适合于航空航天部分结构件的应用中以铝为基体的非连续增强金属基复合材料具以Sicw/LD2Alnp/LD2铝基复合材料为例有的高比刚度和比强度良好的导热性热膨铝基部分机械性能及成本价格比较如表1表2胀系数小而且可调整高的微屈服抗力和组所示[2]由表可以看出铝基复合材料与铝合织稳定性而且与铍合金相比加工性能好成金铍材相比不论在机械性能还是价格成本方面都具有很大的优势表1

8、机械性能对比表材料牌号材料状态颗粒尺寸(mm)体积分数(%)弹性模量E(GPa)