碳纤维增强复合材料结构钻削工艺 碳纤维增强复合材料(CFRP)是以碳或石墨纤维为增强体的树脂基复合材料
因其具有比强度、比刚度高,耐疲劳性能好及可设计性强等优点,在航空航天领域中广泛应用,已发展成为继铝、钢、钛之后的第四大航空航天结构材料之一
20世纪80年代后服役的战机均大量采用碳纤维增强复合材料,复合材料的用量已成为衡量飞机性能的重要指标之一
例如,法国阵风战机的复合材料用量占40%,瑞典JAS39战机占30%,欧洲“台风”战机大于 40%,美国的杀手锏武器 B-2战略轰炸机占到 50%,美国空军最新的F-22“猛禽”战斗机复合材料用量达到了 35%
1984年,日本东丽公司成功研制出高强度、大伸长量的碳纤维T800H,1986年,又研发成功 T1000
随后,日本东邦、三菱人造丝公司和美国Hexcel公司相继研制出同类高性能碳纤维,为制造大飞机提供了新型复合材料
从此,碳纤维增强复合材料在大飞机上的用量直线上升,应用情况见图 1
碳纤维增强复合材料在应用过程中往往要与其他结构进行连接,连接是复合材料结构的薄弱环节
据统计,航空航天飞行器中60%~80%的破坏都发生在连接部位
连接中最常采用的机械连接需要先制孔
例如,一架波音 747飞机有300多万个连接孔,而美国最先进的F-22战斗机每副机翼要14000个精孔
复合材料是典型的难加工材料,其制孔工艺复杂,对刀具和工艺参数的要求更高
因此,复合材料制孔工艺已成为复合材料应用的关键工艺之一
复合材料结构制孔缺陷 碳纤维增强复合材料是由质软而粘性大的基体材料和强度高、硬度大的碳纤维增强材料混合而成的二相或多相结构,其力学性能呈各向异性,层间强度低,切削时在切削力的作用下容易产生分层、劈裂等缺陷
碳纤维增强复合材料钻削加工中主要存在以下问题: (1)材料硬度大,其硬度HRC值可达 53~65,相当于一般高速钢的硬度,因