碳纤维航空制件的钻孔方法研究

  碳纤维复合材料在航空领域进行应用,主要是对设计要求进行分析,然后合理选取单向预浸料进行设计,形成多层板之后进行应用,受到材料不同层间强度的影响,在具体钻削阶段,纤维方向与切削方向的夹角会产生相应变化,切削性能表现为不同形态。当横刃全部钻出之后,横刃与材料充分接触会导致材料产生相应变化,此时也会对表层纤维产生较大影响。

  表层材料实际束缚性与承载较差,通过外部强大的钻削力使得材料荷载力增加,若将钻头深入钻出外部压力会扩大,材料中诸多纤维会被割断,钻孔缺陷会在作用力影响下朝着表层纤维进行深入延伸。在已经钻出的切削刃周边会出现不同形状的凸起部位,此时主要是撕裂和分层产生阶段。等到缺陷实际扩展程度不断加深,开始大于孔直径,会形成最大隐患。

  切削钻出之后,材料表层纤维会被切断,并且相应的切削力会降低,也难以对产生的缺陷问题进行控制修正。综合上述分析,在碳纤维复合材料钻削中应用合金麻花钻进行操作,由于受到钻削力影响,加上钻头深度不断扩大,出口侧材料会逐步分层,纤维开始断开,缺陷问题进一步延伸,范围开始逐步扩大,超出孔直径之后会成为最终缺陷。

  从各项数据中可知碳纤维复合材料具有较强的硬度值,在不同环境加工中会产生较大热量,在加工中对切削力敏感度较高,开展试验时可以对电镀金刚石钻头进行研究,其中电镀金刚石钻头切削原理和普通钻头存在差异,可以全面实行以磨代钻。

  在实际操作记录情况来看,磨粒运动基本运行轨线是呈现为螺旋线,钻孔刀是主要切削部分,在切入中通过较快速度全部切入到碳纤维复合材料中,在挤压、摩擦影响下,材料纤维和磨粒切削刃之间会产生不同形变,所以当前相关操作人员要对基体弹性阻力和碳纤维材料弹性阻力进行调控。要确保电镀超硬磨料基本应用性能能够有效提升,需要对直径钻头相应质量进行对比。在钻孔过程中合理选取相应硬度的合金钻头,在钻孔出口位置不会出现明显的质量问题。通过电镀金刚石进行钻孔,孔形能够得到控制,加工生产质量较高。

  目前各个航空构建装配生产过程中对各项生产技术应用要求较高,在装配制孔操作过程中要对构件合理选取,可以将复合材料与合金构件进行配套应用。不同应用材料应用功能存在较大差异,装配钻孔中施工难度较大。在铝合金材料加工中要对磨粒加工进行控制,对专用刀具进行研究,比如聚晶金刚石刀具进行应用。通过生产试验操作可以得出在装配制孔中金属材料与复合材料应用效果较好。在传统硬质合金钻头选取中,选用PCD钻头对碳纤维复合材料进行加工能提升出口处质量。通过具体试验对不同材料以及顶角钻头加工质量进行分析,对试验过程进行有效优化。