碳纖維增強復合材料日漸廣泛地運用于飛機結構中

1、碳纖維增強復合材料日漸廣泛地運用于飛機結構中。復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、結構和工藝分離面仍是不可避免地。和金屬件一樣，復合材料各零部件間也要通過連接而成為一個整體。復合材料地連接方式有粘結、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水平安定面等的復合

2、材料結構件，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個緊固件用于復合材料的連接。由于復合材料的結構和力學特點，復合材料結構機械連接與金屬結構的機械連接有極大的不同，主要表現(xiàn)在下面四個方面：.碳纖維復合材料結構件裝配前鉆孔困難，刀具磨損快，孔的出口端易產(chǎn)生分成；.用于碳纖維復合材料連接的緊固件易產(chǎn)生電化學腐蝕，需采取防腐措施；.復合材料結構在實施機械連接過程中易產(chǎn)生損傷，因此緊固件的機構和裝配

3、方法不同于金屬；.復合材料接頭的強度不僅與接頭尺寸有關，還受其他多種因素的影響。這些特點大大增加了復合材料結構連接的復雜性。二、碳纖維復合材料的制孔工藝復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重，刀具使用壽命短。此外，能導電的碳粉塵會引起電器設備的短路。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相當于高速鋼的硬度，

4、所以用高速鋼鉆頭碳纖維復合材料磨損很快，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，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.復合材料接頭的裝配與金屬材料相比，復合材料性脆，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合材料層壓板孔內(nèi)壁及表皮的損傷，國外普片認為，只有在復合材料——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，所以即使在全復合材料接頭上，設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，但考慮電化學腐蝕的存在，復合材料用純鈦TAI）制造鉚釘，并在結構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），鉚接在飛機復合材料結構上還是可以得到應用的。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